一种海上风电直流输电系统及其黑启动方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海上风电直流输电系统及其黑启动方法，所述系统的二极管整流器的交流侧和电压源型换流器的交流侧分别经由与其连接的变压器和交流断路器与海上电网连接，且电压源型换流器的交流侧与二极管整流器的交流侧并联；电压源型换流器的直流侧与二极管整流器的直流侧串联，且电压源型换流器的直流侧和二极管整流器的直流侧经由海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至陆上换流站进行交直流变换后，将电能并入陆上电网；二极管整流器的直流侧还并联有旁路断路器和晶闸管，用于为海上风电场提供黑启动能量。本发明专利技术无需附加交流启动电缆，即可实现海上风电直流输电系统的黑启动，且风电场无需更改原先的跟网型控制策略，适用范围更广。适用范围更广。适用范围更广。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电直流输电系统及其黑启动方法


[0001]本专利技术涉及电力工程
，尤其涉及一种海上风电直流输电系统及其黑启动方法。

技术介绍

[0002]随着海上风电行业的发展，以及近海区域海上风电开发日渐饱和，大容量远海风电送出技术逐渐成为研究热点之一。在目前已有的海上风电送出方案中，较为成熟的是集中式送出方案。集中式送出方案是将所有风力发电机的交流输出侧进行并联汇流，然后经过一个海上升压站，将几十千伏的电压升至数百千伏的电压，再通过一个海上换流站对其进行交流/直流变换，变换后的高压直流电通过海底线缆传输至陆上换流站再进行直流/交流变换，最终并入陆上高压电网。同时也有无需升压站的集中式送出方案，即风力发电机输出比较高的交流电压，在进行并联汇流后无需海上升压站，直接通过海上换流站进行变换送出。
[0003]与陆上风电的输电系统不同，海上风电的输电系统格外重视送端换流站，因为海上平台的建设成本高、技术难度大，而大容量直流送出的场合下送端换流站的体积较大，所以对海上换流站中的系统拓扑的研究格外重要。该拓扑需要满足以下特征：第一，可以支持大功率传输；第二，换流站可以黑启动，并且可以为风电场提供黑启动电源；第三，可以为海上风电场提供稳定的交流电源。
[0004]传统的换流站拓扑一般使用基于全控器件的电压源型换流器，例如模块化多电平变换器(MMC变换器)，但是该拓扑体积较大，且单个变换器很难传输超大功率的海上风电，例如2000MW海上风电。还有的使用基于晶闸管的二极管整流器，例如二极管整流器，虽然体积较小，损耗较小，可以传输超大功率的海上风电，但是由于二极管整流器没有控制维度，且是单向传输拓扑，所以无法为海上风电场提供稳定的交流电源，也无法提供黑启动能量。如果单纯使用二极管整流器作为海上换流站拓扑时，不仅需要配备一条用于风电场启动的辅助电缆(交流电缆，从陆上或其他已建海上换流站的交流侧连接至需要启动的海上风电场的交流侧)提供黑启动能量，还需要其风电场中的风机改变原先的跟网型控制策略，变为构网型控制策略，海上风电场中数百台风机的协调控制较难，同时，二极管整流器还需要配置额外的滤波器和无功补偿装置，使得单纯使用二极管作为海上换流站的方案不易实现。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种海上风电直流输电系统及其黑启动方法，无需附加交流启动电缆，即可实现海上风电直流输电系统的黑启动，且风电场无需更改原先的跟网型控制策略，适用范围更广。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种海上风电直流输电系统，包括：海上电网、交流断路器、变压器、电压源型换流器、第一二极管整流器、第二二极管整流器、第一旁路断路器、第一晶闸管、第二旁路断路器、第二晶闸管、海底直流电缆、陆上换流站和陆上
电网；
[0007]所述海上电网主要由海上风电场构成；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述海上电网连接，且所述电压源型换流器的交流侧与所述第一二极管整流器的交流侧、所述第二二极管整流器的交流侧并联；
[0008]所述电压源型换流器的直流侧与所述第一二极管整流器的直流侧、所述第二二极管整流器的直流侧串联，且所述电压源型换流器的直流侧、所述第一二极管整流器的直流侧和所述第二二极管整流器的直流侧经由所述海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至所述陆上换流站，所述陆上换流站进行直交流变换后，将电能并入所述陆上电网；
[0009]所述第一二极管整流器的直流侧还并联有第一旁路断路器和第一晶闸管，其中，所述第一旁路断路器和第一晶闸管串联；所述第二二极管整流器的直流侧还并联有第二旁路断路器和第二晶闸管，其中，所述第二旁路断路器和第二晶闸管串联。
[0010]作为上述方案的改进，所述海上电网包括第一海上电网、第二海上电网和第三海上电网；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述第一海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述第二海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述第三海上电网连接。
[0011]作为上述方案的改进，所述交流断路器包括第一交流断路器、第二交流断路器和第三交流断路器；所述第一交流断路器的一端与所述第一海上电网连接，所述第一交流断路器的另一端与所述第一二极管整流器的交流侧连接的变压器连接；所述第二交流断路器的一端与所述第二海上电网连接，所述第二交流断路器的另一端与所述电压源型换流器的交流侧连接的变压器连接；所述第三交流断路器的一端与所述第三海上电网连接，所述第三交流断路器的另一端与所述第二二极管整流器的交流侧连接的变压器连接。
[0012]作为上述方案的改进，所述电压源型换流器的交流侧并联在所述第一二极管整流器的交流侧和所述第二二极管整流器的交流侧之间；所述第一二极管的直流侧正极与所述海底直流电缆的正极连接，所述第一二极管的直流侧负极与所述电压源型换流器的直流侧正极串联，所述电压源型换流器的直流侧负极与所述第二二极管整流器的直流侧正极串联，所述第二二极管整流器的直流侧负极与所述海底直流电缆的负极连接。
[0013]作为上述方案的改进，所述电压源型换流器为基于全控型开关器件的模块化电平变换器。
[0014]作为上述方案的改进，所述二极管整流器为12脉冲二极管整流器或双12脉冲二极管整流器。
[0015]本专利技术实施例还提供了一种海上风电直流输电系统的黑启动方法，应用于上述任一项所述的海上风电直流输电系统，所述方法包括：
[0016]闭合与所述电压源型换流器交流侧连接的交流断路器、所述第一旁路断路器和所述第二旁路断路器，由所述陆上电网为所述陆上换流站中的MMC变换器充电，逐渐建立起直流侧电压；
[0017]当所述第一二极管整流器直流侧的电压和所述第二二极管整流器直流侧的电压
均大于晶闸管的导通电压时，所述第一晶闸管和所述第二晶闸管导通，此时由所述陆上换流站为所述电压源型换流器充电，逐渐建立起交流侧电压，为所述海上电网中的风电场提供黑启动能量，使得风电场中的风机开始并网，风电场由负载转为电源，开始输送功率，则所述电压源型换流器的直流侧电压升高；
[0018]待所述第一二极管整流器直流侧的电压和所述第二二极管整流器直流侧的电压均小于晶闸管的导通电压时，所述第一晶闸管和所述第二晶闸管断开，所述第一旁路断路器和所述第二旁路断路器断开；
[0019]随着所述电压源型换流器的直流侧电压持续升高，所述第一二极管整流器和所述第二二极管整流器第一次导通，此时所述陆上换流站的电压升高，使得直流侧电流为零，则所述第一二极管整流器和所述第二二极管整流器断开；
[0020]闭合与所述第一二极管整流器交流侧连接的交流断路器和与所述第二二极管整流器交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电直流输电系统，其特征在于，包括：海上电网、交流断路器、变压器、电压源型换流器、第一二极管整流器、第二二极管整流器、第一旁路断路器、第一晶闸管、第二旁路断路器、第二晶闸管、海底直流电缆、陆上换流站和陆上电网；所述海上电网主要由海上风电场构成；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述海上电网连接，且所述电压源型换流器的交流侧与所述第一二极管整流器的交流侧、所述第二二极管整流器的交流侧并联；所述电压源型换流器的直流侧与所述第一二极管整流器的直流侧、所述第二二极管整流器的直流侧串联，且所述电压源型换流器的直流侧、所述第一二极管整流器的直流侧和所述第二二极管整流器的直流侧经由所述海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至所述陆上换流站，所述陆上换流站进行直交流变换后，将电能并入所述陆上电网；所述第一二极管整流器的直流侧还并联有第一旁路断路器和第一晶闸管，其中，所述第一旁路断路器和第一晶闸管串联；所述第二二极管整流器的直流侧还并联有第二旁路断路器和第二晶闸管，其中，所述第二旁路断路器和第二晶闸管串联。2.如权利要求1所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述海上电网包括第一海上电网、第二海上电网和第三海上电网；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述第一海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述第二海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器和交流断路器与所述第三海上电网连接。3.如权利要求2所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述交流断路器包括第一交流断路器、第二交流断路器和第三交流断路器；所述第一交流断路器的一端与所述第一海上电网连接，所述第一交流断路器的另一端与所述第一二极管整流器的交流侧连接的变压器连接；所述第二交流断路器的一端与所述第二海上电网连接，所述第二交流断路器的另一端与所述电压源型换流器的交流侧连接的变压器连接；所述第三交流断路器的一端与所述第三海上电网连接，所述第三交流断路器的另一端与所述第二二极管整流器的交流侧连接的变压器连接。4.如权利要求3所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述电压源型换流器的交流侧并联在所述第一二极管整流器的交流侧和所述第二二极管整流器的交流侧之间；所述第一二极管的直流侧正极与所述海底直流电缆的正极连接，所述第一二极管的直流侧负极与所述电压源型换流器的直流侧正极串联，所述电压源型换流器的直流侧负极与所述第二二极管整流器的直流侧正极串联，所述第二二...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴越，刘新苗，周月宾，罗文博，李燕平，廖鹏，朱誉，赵晓斌，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司阳江供电局，
类型：发明
国别省市：