【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力工程领域，涉及一种海上dr串联mmc储能配置系统及黑启动方法。
技术介绍
1、我国海域幅员辽阔，海上风电资源丰富，并且其具有靠近东部沿海电力负荷中心、风力资源丰富、开发潜力大等优点。同时，伴随着“碳达峰”以及“碳中和”目标的提出，海上风电极具潜力，是促进碳减排的重要能源形势。但是，海上风电的发展同时也面临着一系列挑战。最主要的是成本以及经济性的问题，国家对于海上风电补贴退坡并且要求平价上网，一系列要求都推动海上风电系统向低成本发展。目前大规模远距离海上风电绝大多数采用基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(mmc-hvdc)，体积大、重量沉，导致海上换流平台建设困难，成本高。另一方面，模块化多电平换流器拓扑复杂，内部包含大量开关元件，维修成本比较高。
2、为了解决上述问题，基于二极管的直流输电方式被提出，根据估算，该方案能够降低80％的海上换流站体积以及30％的总投资成本。但二极管换流阀的不可控的特点导致其无法实现海上交流侧电压的建立，需要对风机进行改造，使其具备建立交流侧电压的能力，实现困难。
3、相比之下，二极管串联mmc的方案更具有发展潜力，其相比于mmc的方案成本更低；相比于二极管方案不需要进行风机改造，通过串联的mmc建立海上交流侧电压，更具有技术可行性。但是二极管串联mmc之后，黑启动策略等需要研究和讨论。
4、目前现有技术中提到的黑启动方法主要分为两类，一种是增加附加装置(如柴油发电机)；另外一种是不增加附加装置。其中，不增加附加装置需要依靠风机低穿，该操作所需条
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种海上dr串联mmc储能配置系统及黑启动方法，黑启动策略简单，工程实施难度较小。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、一种海上dr串联mmc储能配置系统，包括海上风电场、储能装置、二极管换流阀、海上mmc换流阀、海底直流海缆、陆上mmc换流阀和陆上电网；
4、海上风电场包括多台风机，多台风机汇集到海上交流汇集母线；储能装置与海上交流汇集母线连接，二极管换流阀的交流侧和海上mmc换流阀的交流侧均与海上交流汇集母线连接，海上mmc换流阀的交流侧与二极管换流阀的交流侧并联，海上mmc换流阀与二极管换流阀在直流侧串联并通过海底直流海缆与陆上mmc换流阀直流侧连接，陆上mmc换流阀交流侧连接到陆上电网。
5、优选的，储能装置、二极管换流阀和海上mmc换流阀与海上交流汇集母线之间分别设置有第一变压器及交流断路器、第二变压器及交流断路器和第三变压器及交流断路器，陆上mmc换流阀交流侧与陆上电网之间设置有第四变压器及交流断路器。
6、优选的，所述二极管换流阀采用十二脉动二极管换流阀；所述海上mmc换流阀和所述陆上mmc换流阀均采用半桥型模块化多电平换流器；所述储能装置采用储能变流器。
7、优选的，储能装置的容量配置不低于海上mmc换流阀子模块电容充电所需要的容量以及风机黑启动所需要的容量之和。
8、优选的，储能装置的功率配置不低于风机黑启动所需要的功率以及谐波补偿所需要的功率中的较大值，或仅不低于风机黑启动所需要的功率。
9、一种所述海上dr串联mmc储能配置系统的黑启动方法，包括以下过程：
10、s1，陆上mmc换流阀子模块电容充电并建立直流电压；
11、s2，储能装置解锁并控制海上交流侧汇集母线电压，启动若干台风机；
12、s3，海上mmc换流阀子模块电容充电并断开与海上汇集母线连接；
13、s4，海上mmc换流阀启动并建立交流侧电压，并完成与海上汇集母线的合闸；
14、s5，风电场其余风机启动，完成黑启动。
15、优选的，s1的具体过程为：
16、s11，闭合陆上mmc换流阀对应的交流断路器，投入限流电阻对陆上mmc换流阀子模块进行不控整流充电；
17、s12，不控整流充电完成之后，对陆上mmc换流阀所有子模块进行轮切自均压，使子模块电容电压充电到额定值；
18、s13，子模块电容电压充电完成之后，切除限流电阻，陆上mmc换流阀解锁并控制直流侧电压恒定。
19、优选的，s3的具体过程为：
20、s31，海上mmc换流阀对应的交流断路器闭合并投入限流电阻，通过储能装置向海上mmc换流阀子模块进行不控整流充电；
21、s32，不控整流充电完成之后，对海上mmc换流阀所有子模块进行轮切自均压，使子模块电容电压充电到额定值；
22、s33，充电完成之后，切除限流电阻并断开交流侧断路器。
23、优选的，s4的具体过程为：
24、s41，海上mmc换流阀启动并控制交流侧电压；
25、s42，实时检测海上交流汇集母线电压，并调整海上mmc换流阀交流侧电压的相位与幅值，满足合闸标准之后进行合闸。
26、优选的，s5的具体过程为：
27、s51，储能装置从控制交流电压切换为控制有功、无功功率
28、s52，海上mmc换流阀控制交流侧电压为二极管换流阀导通所对应的交流电压阈值，二极管换流阀对应的交流断路器闭合，此时二极管换流阀不会导通，不会发生涌流；
29、s53，下达所有风机启动的指令，s2中已启动风机的输出功率供给其他风机，整个风电场系统完成启动。
30、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
31、本专利技术海上换流平台配置储能装置，储能装置不仅提供海上mmc换流阀子模块电容充电的能量，也可以提供风机黑启动所需要的能量；借助储能装置能够可控的输出功率的特点实现整个系统安全可靠的黑启动。相比于其他基于风机的黑启动方案，本方案启动策略简单，工程实施难度较小。
32、进一步，储能装置的配置需要考虑功率和容量两部分；功率的设置需要考虑黑启动所需要的功率以及谐波补偿所需要的功率；容量的设置需要考虑海上mmc换流阀子模块电容充电所需要的容量以及风机黑启动所需要的容量。按照本方案配置，储能装置的功率不会超过整个系统额定容量的5％。也能够在需要的情况下为二极管换流阀提供谐波补偿，优化系统电能质量。
33、本专利技术提出的黑启动方案能够大大简化黑启动过程，黑启动过程的关键点在于使风机输出的功率通过二极管串联海上mmc换流阀送出。已提出的基于风机低电压穿越的黑启动过程想要顺利实现上述目标需要至少完成五步，相比之下，本专利技术的黑启动方案只需要两步：储能装置建立交流侧电压风机启动、海上mmc换流阀建立交流侧电压并合闸。其优势主要体现在以下三点：1.基于风机低电压穿越的黑启动考虑到风机脱网的时间必须动作迅速，有时间限制；储能方案无时间限制。2.基于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海上DR串联MMC储能配置系统，其特征在于，包括海上风电场(1)、储能装置(2)、二极管换流阀(6)、海上MMC换流阀(7)、海底直流海缆(8)、陆上MMC换流阀(9)和陆上电网(11)；
2.根据权利要求1所述的海上DR串联MMC储能配置系统，其特征在于，储能装置(2)、二极管换流阀(6)和海上MMC换流阀(7)与海上交流汇集母线之间分别设置有第一变压器及交流断路器(3)、第二变压器及交流断路器(4)和第三变压器及交流断路器(5)，陆上MMC换流阀(9)交流侧与陆上电网(11)之间设置有第四变压器及交流断路器(10)。
3.根据权利要求1所述的海上DR串联MMC储能配置系统，其特征在于，所述二极管换流阀(6)采用十二脉动二极管换流阀(6)；所述海上MMC换流阀(7)和所述陆上MMC换流阀(9)均采用半桥型模块化多电平换流器；所述储能装置(2)采用储能变流器。
4.根据权利要求1所述的海上DR串联MMC储能配置系统，其特征在于，储能装置(2)的容量配置不低于海上MMC换流阀(7)子模块电容充电所需要的容量以及风机黑启动所需要的容量之和。
5.根据权利要求1所述的海上DR串联MMC储能配置系统，其特征在于，储能装置(2)的功率配置不低于风机黑启动所需要的功率以及谐波补偿所需要的功率中的较大值，或仅不低于风机黑启动所需要的功率。
6.一种基于权利要求1-5任意一项所述海上DR串联MMC储能配置系统的黑启动方法，其特征在于，包括以下过程：
7.根据权利要求6所述海上DR串联MMC储能配置系统的黑启动方法，其特征在于，S1的具体过程为：
8.根据权利要求6所述海上DR串联MMC储能配置系统的黑启动方法，其特征在于，S3的具体过程为：
9.根据权利要求6所述海上DR串联MMC储能配置系统的黑启动方法，其特征在于，S4的具体过程为：
10.根据权利要求6所述海上DR串联MMC储能配置系统的黑启动方法，其特征在于，S5的具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种海上dr串联mmc储能配置系统，其特征在于，包括海上风电场(1)、储能装置(2)、二极管换流阀(6)、海上mmc换流阀(7)、海底直流海缆(8)、陆上mmc换流阀(9)和陆上电网(11)；
2.根据权利要求1所述的海上dr串联mmc储能配置系统，其特征在于，储能装置(2)、二极管换流阀(6)和海上mmc换流阀(7)与海上交流汇集母线之间分别设置有第一变压器及交流断路器(3)、第二变压器及交流断路器(4)和第三变压器及交流断路器(5)，陆上mmc换流阀(9)交流侧与陆上电网(11)之间设置有第四变压器及交流断路器(10)。
3.根据权利要求1所述的海上dr串联mmc储能配置系统，其特征在于，所述二极管换流阀(6)采用十二脉动二极管换流阀(6)；所述海上mmc换流阀(7)和所述陆上mmc换流阀(9)均采用半桥型模块化多电平换流器；所述储能装置(2)采用储能变流器。
4.根据权利要求1所述的海上dr串联mmc储能配置系统，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王金玉，王子权，张博博，盛俊毅，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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