海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法，该方法针对海上风电低频送出场景，以海上风电低频送出工程主回路中各一次设备，如联接变压器、变频器子模块电容、变频器桥臂电抗为优化对象，根据经济技术原则确定其最优参数。本发明专利技术方法实施简单，对于指导实际工程设计具有重要价值，本发明专利技术提供的主回路参数设计方法可以有效改善系统的动态和稳态性能，降低系统的初始投资及运行成本，提高系统的经济性能指标，实施方法简单，效率高。率高。率高。

【技术实现步骤摘要】
海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法


[0001]本专利技术属于电力系统输配电
，具体涉及一种海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法。

技术介绍

[0002]为保护生态环境，以化石能源为主体的传统电力系统正在向以新能源为主体的新型电力系统加速转型。风电作为一种极其重要的新能源形式，在近年来得到飞速发展；目前风力发电在我国电力总装机中的比重已超过7％，成为仅次于火电、水电的第三大电力来源。随着风力发电技术的发展及应用，风电场的规模日趋大型化；由于受到土地资源、风能资源等限制，大型风电场多选址在远离电力节点的偏远地区或者海上。海上风电具有稳定性强、可利用小时数高、不占用陆地资源等优势；目前，一些国家的陆上风电开发已趋于饱和，而海上的风能还尚未加以利用，具有巨大的开发潜力。如何实现海上风电高效可靠并网，是进一步推动海上风电市场发展和完善的技术基础。
[0003]目前已投运的海上风电送出工程均采用工频高压交流输电方案或者柔性直流输电方案。在工频高压交流输电方案中，海底电缆电容效应明显，随着输电距离的提升，电容充电电流迅速增大，挤压有功电流传输空间，导致该方案仅适用于近海风电场送出。在柔性直流方案中，直流线路两端需要装设换流站及海上换流平台，工程投资成本较高，一般应用于远距离大规模海上风电场接入。低频输电技术是一种新型高效输电技术，通过降低输电线路频率提升交流海缆输电距离，同时无需建设海上换流站及换流平台，在中远距离海上风电送出场景下具有技术经济性优势。
[0004]低频输电方案的一个关键环节是低频系统与工频系统之间的接口，完成此功能的设备称为变频器，其拓扑结构通常为模块化多电平矩阵变流器(MultipleModular Matrix Converter，M3C)，低频输电系统主回路包括变频器低频侧和工频侧的联接变压器、变频器桥臂电抗器与子模块电容器等一次设备，低频输电系统采用合理的主回路参数设计可以有效改善系统的动态和稳态性能，降低系统的初始投资及运行成本，提高系统的经济性能指标。
[0005]到目前为止，已公开的绝大多数文献基本只研究低频输电系统的拓扑、建模和控制策略等，很少有关于海上风电低频送出系统主回路参数设计的研究。为了进一步发挥低频输电方案在中远距离海上风电送出场景下的技术经济性优势，很有必要从对低频输电系统主回路参数设计方法进行研究。

技术实现思路

[0006]鉴于上述，本专利技术提供了一种海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法，以系统变频站主回路各一次设备为研究对象，可以得到适用于具体工程设计的低频输电系统主回路参数设计方法，对于指导实际工程设计具有重要价值。
[0007]一种海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法，具体地：建立系统变频
站的等效电路模型，以联接变压器、变频器桥臂电抗以及变频器子模块电容作为该变频站主回路一次设备；依据所述等效电路模型研究分析变频站主回路一次设备参数选取对系统稳态性能和暂态性能的影响，进而根据技术经济性原则确定变频站主回路一次设备的最优参数。
[0008]进一步地，所述变频站的等效电路模型采用变频器等效桥臂连接工频交流电网与低频交流电网，该等效桥臂的输出端口经等效桥臂电抗和联接变压器漏抗与对应侧交流电网系统的PCC点连接。
[0009]进一步地，由于变频站工频侧与低频侧是等效对称的，因此变频站工频侧主回路一次设备与低频侧主回路一次设备的参数设计方法是完全相同。
[0010]进一步地，所述联接变压器的容量按变频站与电网之间交换功率的大小而定，考虑联接变压器自身消耗的无功，设计联接变压器的容量为变频器容量的 1.1～1.2倍。
[0011]进一步地，所述联接变压器的绕组连接方式一般采用网侧星形接地，阀侧星形不接地或三角形联结；但对于网侧不直接接地的电力系统，联接变压器采用网侧三角形联结，阀侧星形接地联结。
[0012]进一步地，所述联接变压器的分接头档距和档数取决于网侧电压在实际运行过程中的变化幅度，设计联接变压器分接头档距和档数的基本准则为保持联接变压器阀侧空载电压在网侧电压变化时基本维持恒定。
[0013]进一步地，所述联接变压器阀侧空载额定相电压有效值U
vTN
的设计目标为使得变频器有足够的潮流调节裕度，具体U
vTN
由以下公式确定：
[0014][0015]其中：U
armN
为变频器的桥臂额定电压，X
oΣ,pu
为联接电抗标幺值，联接电抗为等效桥臂电抗加上联接变压器漏抗，λ为中间变量。
[0016]进一步地，由于合理的子模块电容电压波动率ε不应超过10％，则通过以下公式计算确定变频器子模块电容的电容值：
[0017][0018]其中：C0为变频器子模块电容的电容值，N为变频器桥臂的子模块个数，U
c
为变频器子模块电容的额定电压，λ
max
为子模块电容电压波动大小最大值。
[0019]进一步地，所述子模块电容电压波动大小最大值λ
max
的计算方法为：由于变频器子模块电容的电容值C0根据限制子模块电容电压波动的需要设定，而子模块电容电压u
c,Aa
的计算表达式如下，其中λ(t)表示t时刻子模块电容电压波动大小；
[0020][0021]设置变频站两侧电力系统电压的初始相角差为0
°
，令变频器工频侧和低频侧控制均处于有功功率为零无功功率满出力状态，然后使t在0～T之间遍历计算λ(t)，取其中的最大值作为λ
max
，T为工频周期与低频周期的最小公倍数。
[0022]进一步地，由于流过联接电抗的负序电流不大于变频器额定电流的5％，则通过以下公式计算确定变频器桥臂电抗的电抗值：
[0023][0024]其中：X
oΣ
为联接电抗，其由等效桥臂电抗和联接变压器漏抗X
T
组成，等效桥臂电抗等于X
L0
/3，X
L0
为变频器桥臂电抗的电抗值。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益技术效果：
[0026]1.对于海上风电开发，本专利技术海上风电低频送出系统主回路参数设计方法可基于实际工程设计数据得到主回路各一次设备最有参数，对于指导工程建设具有重要意义。
[0027]2.本专利技术可以有效改善海上风电低频送出系统的动态和稳态性能，降低系统的初始投资及运行成本，提高系统的经济性能指标。
附图说明
[0028]图1为海上风电低频送出系统的结构示意图。
[0029]图2为模块化多电平矩阵变流器的结构示意图。
[0030]图3为本专利技术实施例系统中变频器低频阀侧交流电压的仿真波形示意图。
[0031]图4为本专利技术实施例系统中变频器低频网侧交流电流的仿真波形示意图。
[0032]图5为本专利技术实施例系统中变频器工频侧与低频侧有功功率的仿真波形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法，其特征在于：建立系统变频站的等效电路模型，以联接变压器、变频器桥臂电抗以及变频器子模块电容作为该变频站主回路一次设备；依据所述等效电路模型研究分析变频站主回路一次设备参数选取对系统稳态性能和暂态性能的影响，进而根据技术经济性原则确定变频站主回路一次设备的最优参数。2.根据权利要求1所述的海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法，其特征在于：所述变频站的等效电路模型采用变频器等效桥臂连接工频交流电网与低频交流电网，该等效桥臂的输出端口经等效桥臂电抗和联接变压器漏抗与对应侧交流电网系统的PCC点连接。3.根据权利要求1所述的海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法，其特征在于：所述联接变压器的容量按变频站与电网之间交换功率的大小而定，考虑联接变压器自身消耗的无功，设计联接变压器的容量为变频器容量的1.1～1.2倍。4.根据权利要求1所述的海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法，其特征在于：所述联接变压器的绕组连接方式一般采用网侧星形接地，阀侧星形不接地或三角形联结；但对于网侧不直接接地的电力系统，联接变压器采用网侧三角形联结，阀侧星形接地联结。5.根据权利要求1所述的海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法，其特征在于：所述联接变压器的分接头档距和档数取决于网侧电压在实际运行过程中的变化幅度，设计联接变压器分接头档距和档数的基本准则为保持联接变压器阀侧空载电压在网侧电压变化时基本维持恒定。6.根据权利要求1所述的海上风电低频送出系统变频站主回路参数设计方法，其特征在于：所述联接变压器阀侧空载额定相电压有效值U
vTN
的设计目标为使得变频器有足够的潮流调节裕度，具体U
vTN
由以下公式确定：其中：U
armN
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：裘鹏，倪晓军，许烽，黄晓明，陆承宇，陆翌，林艺哲，吴小丹，朱海勇，邱德锋，陆立文，潘磊，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：