一种将风电场和常规电厂联合并网的多端直流输电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种将风电场和常规电厂联合并网的多端直流输电系统，包括两个整流站和一个逆变站，所述风电场联接至其中一个整流站的交流母线侧，所述常规电厂联接至另一个整流站的交流母线侧，所述逆变站联接至负荷中心，且所述两个整流站和逆变站对应的直流母线通过直流输电线路联接在一起，即构成多端直流输电系统。本发明专利技术不需要在风电场附近建设配套的常规电厂，对与风电场联合的常规电厂的地理位置无任何要求；相比于交流电网并网的方式，本发明专利技术不需要风电场附近的本地交流电网平抑风电功率波动，相比于风电场经电压源型直流输电并网的方案，可以采用目前技术成熟的特高压换流技术，单回双极线路输电功率可达6400MW及以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统输配电
，具体涉及风力发电经大规模远距离直流输电并网的应用技术。
技术介绍
按照国家风电发展规划，哈密、酒泉、河北、吉林、江苏沿海、蒙东、蒙西七个千万千瓦风电基地将于2020年建成，规划到2015年建成5808万千瓦，2020年建成9017万千瓦， 占全国风电总装机容量78%左右。由于风电总装机容量庞大，各基地均被冠以“陆上三峡”称号。但与总装机容量不匹配的是，大部分风电基地位于我国西北地区，本地交流电网用电负荷低，自身消纳能力弱，风能资源与负荷中心呈逆向分布，决定了大部分风力发电需要经过大规模远距离输电使其在中东部负荷中心进行消纳。特高压直流输电是实现大规模远距离输电的一种通用技术。风电场装机容量较小时，风力发电一般通过交流并网方式直接接入本地交流电网。当风电场装机容量达到数千万千瓦时，由于风电场一般位于偏远地区，本地交流电网网架薄弱，风电场经交流并网会给本地交流电网带来稳定性问题，本地交流电网发生的扰动等也会影响风电场的稳定运行。风力发电具有较强的波动性，而中东部负荷中心不可能接受波动的电力，为此，风力发电需要与火力发电，水力发电，抽水蓄能，储能电厂等联合从而为中东部负荷中心提供平稳的电量。肖创英等人的“甘肃酒泉风电功率调节方式的研究”(中国电机工程学报，2010， 30(10)，1 7)提及了一种在甘肃酒泉地区配套建设火电机组，通过特高压直流线路将风力发电与火力发电联合输送到中东部负荷中心的方案。其中配套火电机组的装机容量为风力发电装机容量的1. 6 2. 0倍。陈霞等人的“基于多端直流输电的风电并网技术”(电工技术学报，2011，沈(7)) 提出了一种利用四端直流输电系统将两个跨区域的风电场输送到两个负荷中心的方案。具体系统为建立两个整流站，整流站1和整流站2，两个逆变站，逆变站1和逆变站2 ；整流站1和逆变站1，整流站1和整流站2，整流站2和逆变站2的直流母线分别通过一条直流输电线联接在一起；两个跨区域的风电场分别接入至整流站1和整流站2的交流母线上，整流站1和整流站2同时分别与各自的本地交流电网联接。US2010091527提供了一种利用电压源型换流器从传统两端直流输电中分接负荷的方案。该方案在传统两端直流输电沿线上建立一个电压源型环流器，利用电压源型换流器从直流输电线路上分接负荷。上述肖创英等人的方案由于需要配套建设1. 6 2倍风电装机容量的火电机组， 其节能减排效果不容乐观，是与发展风电所要达到的节能减排目标相背离的，同时该方案要求风电场附近具有建设大型火电机组的地理条件，而大部分陆上风电场位于缺水的偏远3地区，并不适合建设火电机组。陈霞等人的方案仍需要本地交流电网平抑风电功率波动，本质上与风力发电经本地交流电网没有区别，风电场经交流并网会给本地电网带来稳定性问题，本地电网发生的扰动等也会影响风电场的稳定运行。US2010091527中的方案用于传输风力发电时，要求电压源型换流器的耐压等级与传统两端直流输电线的电压等级相匹配， 目前尚无达到此电压等级的电压源型换流器技术。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是在无需本地交流电网平抑风电功率波动的前提下，风电场为负荷中心提供大容量的平稳电能。为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种将风电场和常规电厂联合并网的多端直流输电系统，该输电系统中风电场直接联接至整流站，无需本地交流电网平抑风电功率波动，与风电场联合的常规发电厂地理位置无限制，可以是远离风电场的已有常规电厂或在合适的位置新建的常规电厂。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案一种将风电场和常规电厂联合并网的多端直流输电系统，包括两个整流站，一个逆变站，其特征在于，所述风电场联接至其中的第一整流站的交流母线侧，所述常规电厂联接至其中的第二整流站的交流母线侧，所述逆变站联接至负荷中心，且所述两个整流站和逆变站对应的直流母线通过直流输电线路联接在一起，即构成多端直流输电系统两整流站和逆变站都采用技术成熟的电流源型换流技术，其额定电压可达士800kV，额定功率可达6400MW，适合实现风力发电和常规电力的远距离输送。进一步地，可以采用多种方案为整流站1提供交流换相电压，包括采用静止同步补偿器给第一整流站提供交流换相电压，采用同步调相机给第一整流站提供交流换相电压，或采用风电场附近的本地交流电网给第一整流站提供交流换相电压。本专利技术还提出了上述多端直流输电系统的启动方法，具体包括1)通过第二整流站和逆变站按传统两端直流输电的启动方式建立起多端直流输电系统的直流电压；2)由静止同步补偿器，同步调相机或本地交流电网建立第一整流站交流换相电压；3)风电场进行同期合闸操作；4)第一整流站解锁，同时风电场有功功率按一定斜率上升至与当前风速对应的最大值；5)投入逆变站的定功率控制环，完成系统启动。与现有技术相比，本专利技术的新颖性和创造性体现在1)与传统两端直流输电相比，本系统多了一个整流站，可以将风电场和常规电厂分别接在两个整流站上，实现风电场和常规电厂的联合并网；2)第一整流站的交流换相电压由静止同步补偿器提供，风电场不与其邻近的交流电网联接，风电场与送端交流电网之间没有任何影响；幻与风电场经基于电压源换流器的高压直流输电并网技术相比，本专利技术以电流源型换流器传输有功功率，其电压等级和功率等级可以做得很高；本专利技术的有益效果主要是相比于传统两端直流输电，本专利技术不需要在风电场附近建设配套的火电厂等常规电厂，对与风电场联合的常规电厂的地理位置无任何要求，方便资源的优化配置；相比于交流电网并网的方式，本专利技术不需要风电场附近的本地交流电网平抑风电功率波动，风电场不影响其本地交流电网的稳定性；相比于风电场经电压源型直流输电并网的方案，该方案可以采用目前技术成熟的特高压换流技术，单回双极线路输电功率可达到6400MW，距离可达2000km及以上，电压等级可达士800kV，而采用电压源型换流器的直流输电技术，截至 2010年，输电功率最大的一个直流输电工程，其功率为400丽，输电距离970km，电压等级为士200kV。采用本专利技术传输风力发电，现有电网的结构及运行方式基本无需做改变，本专利技术可作为继传输远距离常规大电源的两端直流输电后，一种专用于传输大规模风力发电的点对网基本送电方式。附图说明图1是采用静止同步补偿器给整流站1提供交流换相电压的多端直流输电系统系统；图2是采用同步调相机给整流站1提供交流换相电压的多端直流输电系统系统；图3是采用本地交流电网给整流站1提供交流换相电压的多端直流输电系统系统；图4是方案1启动时各物理量的波形；图5是方案1风电功率波动时各物理量的波形。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。见图1，一种将风电场和常规电厂联合并网的多端直流输电系统共包括两个整流站和一个逆变站。多个风电场通过各自的风电场内输电线路XI，升压变压器Tl和输电线路X2联接到整流站1的交流母线上，常规电厂联接至整流站2的交流母线上，逆变站交流母线联接至负荷中心，整流站1，整流站2和逆变站的正负直流母线对应地通过直流线路联接在一起，构成一个多端直流输电系统。在该系统中，联接在整流站2上的常规电厂可以平抑风电场的功率波动，风电场与常规电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种将风电场和常规电厂联合并网的多端直流输电系统，包括两个整流站和一个逆变站，其特征在于，所述风电场联接至其中的第一整流站的交流母线侧，所述常规电厂联接至其中的第二整流站的交流母线侧，所述逆变站联接至负荷中心，且所述两个整流站和逆变站对应的直流母线通过直流输电线路联接在一起。2.根据权利要求1所述的多端直流输电系统，其特征在于，所述与风电场联接的第一整流站与本地交流电网相连，由所述本地交流电网给该整流站提供交流换相电压。3.根据权利要求1所述的多端直流输电系统，其特征在于，所述与风电场联接的第一整流站上连接有静止同步补偿器，用于给该整流站提供交流换相电压。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林卫星，文劲宇，程时杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：