【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直流输电与电力电子，具体涉及一种适用于海上风电直流系统的受端csc-mmc混合直流输电拓扑。
技术介绍
1、我国海上风能资源丰富，随着海上风电开发逐渐走向深远海域，直流输电技术成为大规模远海风电送出的更优途径。目前工程中广泛采用的换流器类型为模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)，其特点为输出电平多，不存在换相失败的问题，能实现有功无功解耦控制等。然而随着输送容量和电压等级的提升，mmc对功率模块的需求有所增加，尤其是较高的储能电容需求，进而导致换流器的尺寸、重量和规模显著增加，因此提高了海上换流平台的建设成本和运维成本。
2、主动换相型电流源换流器(current source converter,csc)不存在直流侧储能电容，也无需大面积交流滤波场，体积较小，重量较轻，还能对无源系统供电，尤其适用于海上风电场合。然而，csc作为电流源型换流器对受端的电压支撑能力较弱，电压波动大，只能依靠电流的变化反应电压频率的变化，因此受端亟需一种新型的拓扑结构。
3、目前的混合直流输电拓扑大多采用lcc-mmc的混合型结构，将lcc和mmc的优势结合起来实现很好的运行特性。但lcc-mmc的混合型结构中lcc采用的晶闸管为半控型器件，不能控制开通和关断因此难以应用在海上风电直流送出系统中。
技术实现思路
1、为了实现海上风电送出系统对电网的主动支撑，并克服传统的混合级联直流输电系统用于海上风电中存在的问题，
2、为了降低交、直流侧谐波，海上换流器采用12脉动csc，由两个6脉动换流器级联而成，其变压器接线形式分别为y-y和y-δ，相位差为30°。每个6脉动csc三相六桥臂均采用能承受反压的全控型开关器件串联而成，采用effm的调制策略，具备两个调制自由度θ和α，并且保证每个周期每个桥臂都导通120°，实现送端有功无功的独立解耦控制。陆上换流器由6脉动csc与mmc混合级联而成，每个6脉动csc三相六桥臂均采用能承受反压的全控型开关器件串联而成，由于mmc有两个控制自由度，因此受端csc可以简单采用ffm的调制策略，每个周期每个桥臂导通120°具备一个调制自由度α，mmc采用最近电平逼近调制，用以实现对受端电网支撑。
3、本专利技术提出的海上风电送出系统的整体结构为：海上大规模风电机组经各自的变流器和短距离交流电缆汇集至海上交流母线，再由海上csc换流器整流送出，经海底直流电缆至陆上换流器，最后由陆上csc-mmc换流器逆变后并入陆上交流电网。
4、本专利技术提出的海上风电送出系统的数学模型如下。
5、送端流入海上csc交流侧的有功功率p和无功功率q的计算公式如式(1)：
6、
7、其中，ω为角频率，xl为交流串联电感，xc为交流滤波电容，upm为海上风电场交流母线相电压幅值，idc为直流电流，kt为变压器变比，αr为海上csc换流站触发角,θr为补偿角。因此存在两个控制自由度，能够实现有功无功的独立控制。
8、受端csc与mmc混合级联的数学模型如式(2)和式(3)：
9、
10、式(2)为采用基频调制的csc交流侧的有功功率p和无功功率q的计算公式，其中，ω为角频率，l为交流串联电感，c为交流滤波电容，upm为海上风电场交流母线相电压幅值。
11、
12、式(3)为mmc的交流系统输出的有功和无功，具体数学模型如图1；us为交流母线电压；uc为mmc交流出口处电压；xl、kt为换流变压器的漏抗和变比；δ为mmc交流出口处与母线位置之间的电压相位差；
13、假设mmc的电压调制比为m，则uc的表达式为：
14、
15、由式(4)可知，mmc的有功功率传输主要依靠δ，当δ＜0时，mmc从交流侧吸收有功功率，反之则向交流测发出无功。
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1.一种适用于海上风电直流系统的CSC-MMC混合级联直流输电拓扑，其特征在于，海上送端换流器为基于全控型器件的主动换相型电流源换流器CSC，陆上受端换流器为CSC-MMC的混合型结构。
2.根据权利1所述的系统拓扑结构，其特征在于，陆上CSC-MMC由m个6脉动CSC与MMC级联而成，m≥1，CSC和MMC的每个桥臂中均由若干个全控型开关器件和子模块串联构成。
3.根据权利1所述的系统拓扑结构，其特征在于，所述全控型器件可采用能承受反压的半导体开关器件。
4.根据权利1所述的系统拓扑结构，其特征在于，由于陆上采用CSC-MMC级联的结构，利用MMC对交流侧电网呈现电压源的外特性能够实现对电网频率的主动支撑。
5.根据权利1所述的系统拓扑结构，其特征在于，由于陆上和海上都具有CSC的结构，都属于电流源型换流器，因此黑启动和潮流反转更加方便。
6.根据权利1所述的系统拓扑结构，其特征在于，海上CSC采用双自由度调制策略，陆上CSC-MMC中CSC采用基频调制策略，MMC采用最近电平调制策略。
【技术特征摘要】
1.一种适用于海上风电直流系统的csc-mmc混合级联直流输电拓扑，其特征在于，海上送端换流器为基于全控型器件的主动换相型电流源换流器csc，陆上受端换流器为csc-mmc的混合型结构。
2.根据权利1所述的系统拓扑结构，其特征在于，陆上csc-mmc由m个6脉动csc与mmc级联而成，m≥1，csc和mmc的每个桥臂中均由若干个全控型开关器件和子模块串联构成。
3.根据权利1所述的系统拓扑结构，其特征在于，所述全控型器件可采用能承受反压的半导体开关器件...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵成勇，王胜威，冯定腾，丁子迅，熊小玲，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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