用于大规模远距离海上风电并网的混联直流电网启动方法与流程

本发明涉及直流输电技术领域，具体涉及一种用于大规模远距离海上风电并网的混联直流电网启动方法。

背景技术：

目前，lcc-hvdc在海底电缆送电、大容量远距离输电以及异步电网背靠背互联等场合得到广泛应用，但是存在逆变站可能发生换相失败、无法对弱交流系统供电、运行过程中需要消耗大量无功功率等缺陷，制约了其进一步发展。基于全控型电力电子器件的电压源换流器高压直流输电(vsc-hvdc)具有可独立控制有功无功功率、不存在换相失败、可为无源孤岛供电等优点，但是系统造价昂贵、无法有效地处理直流故障。为了能够合理地利用lcc-hvdc和vsc-hvdc系统的优点，一端采用lcc，一端采用vsc的混联直流输电系统被提出，如图1所示。整流侧采用vsc、逆变侧采用lcc的混联直流输电系统适用于大规模远距离海上风电并网。混合直流输电系统进入稳态运行前需要一个启动控制过程为整流侧vsc换流器的电容充电，为防止启动过程产生过电压过电流危害换流装置安全，必须为启动过程设计合理的启动控制策略。

由于海上风电场一般没有风电以外的其他种类电源，目前对用于大规模远距离海上风电并网的混联直流电网的启动方法的主要采取在风电场侧设置小型交流启动电源(如柴油发电机)的方法提供一个稳定的整流侧交流电压，辅助整流侧vsc换流器启动，启动过程完成系统进入稳定运行后再将小型交流启动电源退出。但是这种方法的成本建设、维护成本都较高。

因此，需要提供一种简单易行、经济性好，不需要远距离海上风电场侧的小型交流启动电源的大规模远距离海上风电并网的混联直流电网启动方法。

技术实现要素：

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种用于大规模远距离海上风电并网的混联直流电网启动方法。

本发明的技术方案是：

所述混联直流电网包括vsc换流器和lcc换流器；所述vsc换流器接入海上风电场，所述lcc换流器接入陆地交流系统，vsc换流器与lcc换流器通过海底直流电缆连接，所述方法包括：

步骤1：控制所述lcc换流器向vsc换流器充电；

步骤2：逐台并入所述海上风电场的风力发电机组；

步骤3：控制所述lcc换流器工作于逆变状态后，与vsc换流器并联运行。

优选的，所述步骤1中lcc换流器向vsc换流器充电包括闭锁充电模式和半闭锁充电模式。

优选的，所述闭锁充电模式：

步骤111：控制所述lcc换流器工作于整流状态，闭合海底直流电缆两端的断路器；

步骤112：控制所述lcc换流器的电压指令vdc1ref从0开始缓慢线性增长；

步骤113：所述lcc换流器输出的直流电流通过vsc换流器中子模块的二极管向电容充电；

当所述闭锁充电模式结束后，每个子模块的电容电压为

其中，vdc1n为直流电压额定值，nsm为vsc换流器中每相桥臂包含的子模块个数。

优选的，所述半闭锁充电模式：

步骤121：计算所述vsc换流器中需要投入的子模块个数n,其中vm为交流侧线电压峰值。

步骤122：对vsc换流器进行电容均压控制，用于保证vsc换流器中子模块的电容持续充电；

当所述半闭锁充电模式结束后，每个子模块的电容电压为

其中，vdc1n为直流电压额定值，nsm为vsc换流器中每相桥臂包含的子模块个数。

优选的，所述步骤2中风力发电机组的定子绕组通过第一断路器接入风电场输出变压器，转子绕组依次通过第三断路器、转子侧变换器、网侧变换器和第二断路器接入所述风电场输出变压器；所述风电场输出变压器通过第四断路器与所述vsc换流器连接。

优选的，所述步骤2中逐台并入海上风电场的风力发电机组：

步骤21：闭合第四断路器，将所述vsc接入风电场输出变压器；

步骤22：依次闭合第二断路器和第三断路器；

步骤23：当所述定子绕组的输出电压跟踪上并网点电压us时，闭合第一断路器。

优选的，所述步骤3中控制lcc换流器工作于逆变状态后，与vsc换流器并联运行：

步骤31：断开海底直流电缆两端的断路器；

步骤32：将所述lcc换流器切换至逆变状态；

步骤33：采集所述vsc换流器的直流侧电压vdc2，控制所述lcc换流器的直流电压vdc1＝vdc2后，闭合所述断路器。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种用于大规模远距离海上风电并网的混联直流电网启动方法，可以省去风电场侧用于辅助启动的小型交流启动电源(例如柴油发电机)，节约成本；

2、本发明提供的一种用于大规模远距离海上风电并网的混联直流电网启动方法，其控制由稳态运行时的控制方法简化或封锁某些功能得到，不必为启动过程单独编写控制程序。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种用于大规模远距离海上风电并网的混联直流电网启动方法流程图；

图2：本发明实施例中大规模远距离海上风电并网的混联直流电网结构示意图；

图3：本发明实施例中vsc换流器拓扑结构示意图；

图4：本发明实施例中lcc换流器拓扑结构示意图；

图5：本发明实施例中闭锁充电示意图；

图6：本发明实施例中风电机组并网简化接线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种用于大规模远距离海上风电并网的混联直流电网启动方法的实施例如图1所示，该混联直流电网的结构如图2所示，包括vsc换流器和lcc换流器；vsc换流器接入海上风电场，lcc换流器接入陆地交流系统，vsc换流器与lcc换流器通过海底直流电缆连接。具体步骤为，

一、控制lcc换流器向vsc换流器充电。

本实施例中lcc换流器向vsc换流器充电包括闭锁充电模式和半闭锁充电模式。

1、闭锁充电模式，如图5所示：

(1)控制lcc换流器工作于整流状态，闭合海底直流电缆两端的断路器。

(2)控制lcc换流器的电压指令vdc1ref从0开始缓慢线性增长。

(3)lcc换流器输出的直流电流通过vsc换流器中子模块的二极管向电容充电。

本实施例中，当闭锁充电模式结束后，每个子模块的电容电压为

其中，vdc1n为直流电压额定值，nsm为vsc换流器中每相桥臂包含的子模块个数。

2、半闭锁充电模式：

(1)计算vsc换流器中需要投入的子模块个数n,

其中，vm为交流侧线电压峰值。

(2)对vsc换流器进行电容均压控制。

本实施例中电容均压控制策略包括：

①：投入子模块时，选择未投入子模块中电容电压最低的，将其投入；

②：切除子模块时，选择已投入子模块中电容电压最高的，将其切除；

③：已投入子模块中电容电压最高者比未投入子模块中电容电压最低者电压高δu，则将已投入子模块中电容电压最高者切除，将未投入子模块中电容电压最低者投入。δu是子模块电容电压最高者与子模块电容电压最低者间允许的最大偏差。

④：若已投入子模块电压大于vmax，则将其切除，找出未投入子模块中电容电压最低者投入。vmax是子模块电容电压的最大值。

⑤：定期检测需要投入的子模块数目和已投入的子模块数目是否相同，若不同则需要投入或者切除一定数目子模块使得二者一致。

电容均压控制，用于保证vsc换流器中子模块的电容持续充电；所有子模块的电容电压为时，充电过程结束，即本实施例中，当半闭锁充电模式结束后，每个子模块的电容电压为其中，vdc1n为直流电压额定值，nsm为vsc换流器中每相桥臂包含的子模块个数。

二、逐台并入海上风电场的风力发电机组。

本发明实施例中，如图6所示：

风力发电机组的定子绕组通过第一断路器接入风电场输出变压器；转子绕组依次通过第三断路器、转子侧变换器、网侧变换器和第二断路器接入风电场输出变压器；

风电场输出变压器通过第四断路器与vsc换流器连接。

本发明实施例中逐台并入海上风电场的风力发电机组的不再为：

1、闭合第四断路器，将vsc接入风电场输出变压器，建立参考电压。

2、依次闭合第二断路器和第三断路器，分别建立风电机组的直流电容电压和定子绕组输出电压。

3、当定子绕组的输出电压跟踪上并网点电压us时，闭合第一断路器，实现最小冲击电流下风电机组的平滑并网。

按照步骤1-3将风力发电机组逐台并网，此时风电机组定子侧向陆上交流系统输出有功功率为0。

三、控制lcc换流器工作于逆变状态后，与vsc换流器并联运行。

本实施例中lcc换流器工作于逆变状态后，与vsc换流器并联运行的具体步骤为：

1、断开海底直流电缆两端的断路器。

2、将lcc换流器切换至逆变状态。

3、采集vsc换流器的直流侧电压vdc2，控制lcc换流器的直流电压vdc1＝vdc2后，闭合断路器，从而完成混联直流电网启动过程，下一步可以利用混联直流电网将海上风电场发出的功率传输到陆上交流电网。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。