一种远海风电送出系统的制作方法

1.本发明属于电力变换技术领域，具体涉及一种远海风电送出系统。


背景技术：

2.海上风电，具有风力资源稳定、发电利用小时数高、不占用土地和适宜大规模开发等优势，风电发展的重心已经呈现出由陆上转向海上的趋势。全球海岸线辽阔，海上风能资源丰富，未来海上风电的大规模开发呈现出远距离、深海化及机组大型化趋势，直流输电更适用于远距离海上风电送出。
3.传统海上风电直流送出系统主要由风机、海上升压站、海上换流站、岸上换流站组成，海上换流站多采用模块化多电平换流器(mmc)拓扑结构，其子模块级联个数较多，随着直流电压等级、输送功率的逐渐增加，换流阀体积/重量过大引起的技术和经济问题日益突显，因此亟需开展适用于海上风电的高压大容量远海直流送出方案研究。
4.二极管整流器串联方案由二极管整流器和mmc电压源换流器串联组成，结合了二极管整流器和mmc电压源换流器的优势，有学者提出二极管整流器串联方案替代传统海上风电直流送出方案。二极管整流器，具备体积小、成本低、运行控制简单等优点，mmc可以为风电场提供启动功率和同步电压，为风电场和二极管整流器提供无功功率，吸收二极管整流器产生的谐波电流。二极管串联方案虽然省去了海上升压站，降低了建设成本，但随着直流电压等级、输送功率的逐渐增加，仍然需要建设较大的海上换流站及其平台。
5.风机串联方案采用风机直接串联，省去了海上升压站和海上换流站，将进一步降低海上风电的建设成本，有学者提出风机串联方案替代传统海上风电直流送出方案。但风机串联方案存在高电位风机输出电压较高，绝缘设计较为困难的问题，无法实现高压大容量远海风电送出。


技术实现要素：

6.为克服上述现有技术中受到的限制，本发明提供了一种远海风电送出系统，包括：风机串联子系统、二极管整流器串联子系统、海底直流电缆和岸上换流器；
7.所述风机串联子系统、二极管整流器串联子系统、海底直流电缆和岸上换流器串联连接构成远海风电送出系统；
8.所述风机串联子系统由若干个风力发电单元串联组成。
9.优选的，所述风机串联子系统、二极管整流器串联子系统、海底直流电缆和岸上换流器串联连接构成远海风电送出系统，包括：
10.所述岸上换流器直流侧一端与海上直流电缆相连，海底直流电缆与二极管整流器串联子系统一端串联，二极管整流器串联子系统另一端与风机串联子系统一端串联连接，风机串联子系统另一端与二极管整流器串联子系统一端串联，二极管串联子系统另一端经海底直流电缆与岸上换流器直流侧另一端相连。
11.优选的，所述风力发电单元，包括风力发电机、隔离变压器和风机变流器；
12.所述风力发电机和隔离变压器串联，隔离变压器与风机变流器交流端相串连，风机变流器直流端与海底直流电缆相连接。
13.优选的，所述风机变流器，包括：整流器、电容和直流变压器；
14.所述整流器直流侧与直流变压器相连接，所述电容跨接在整流器与直流变压器连接处，整流器交流侧与隔离变压器连接，直流变压器一端与海底直流电缆连接。
15.优选的，所述二极管整流器串联子系统，包括：风电场、海底交流电缆和海上换流站；
16.所述风电场、海底交流电缆和海上换流站的交流侧依次相连接，海上换流站直流侧与海底直流电缆连接。
17.优选的，所述海上换流站，包括：滤波器、整流变压器、换流变压器、二极管整流器和电压源换流器；
18.所述整流变压器的一侧与二极管整流器交流侧相连，另一侧与海底交流电缆连接；
19.所述换流变压器一侧与电压源换流器的交流侧相连，另一侧与海底交流电缆连接；
20.所述滤波器一侧与所述海底交流电缆连接，另一侧接地；
21.所述二极管整流器的直流侧与电压源换流器的直流侧串联，构成海上换流站直流侧。
22.优选的，所述电压源换流器，包含多个桥臂；
23.所述桥臂中包括上桥臂和下桥臂，多个上桥臂的一端连接到一起构成电压源换流器的直流侧正极，多个下桥臂的一端连接到一起构成电压源换流器的直流侧负极，多个上桥臂的另一端与多个下桥臂的另一端分别相连，构成电压源换流器。
24.优选的，所述桥臂由桥臂电感和全桥子模块串联连接构成，桥臂的桥臂电感的一端作为电压源换流器的交流侧，全桥子模块的一端作为直流侧。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
26.本发明提供了一种远海风电送出系统，包括：风机串联子系统、二极管整流器串联子系统、海底直流电缆和岸上换流器；所述风机串联子系统、二极管整流器串联子系统、海底直流电缆和岸上换流器串联连接构成远海风电送出系统；所述风机串联子系统由若干个风力发电单元串联组成。与传统海上风电直流送出系统相比，基于风机和二极管整流器串联的高压大容量远海风电送出系统省去了海上升压站和一半的海上换流站，经济优势明显；基于风机和二极管整流器串联的高压大容量远海风电送出系统解决了风机串联方案中高电位风机输出电压高，绝缘设计困难的问题，有助于实现高压大容量远海风电送出应用。
附图说明
27.图1为本发明提供的一种远海风电送出系统结构示意图；
28.图2为图1中风机串联子系统的结构示意图；
29.图3为图1中二极管整流器串联子系统的结构示意图。
具体实施方式
30.本发明的目的在于设计一种远海风电送出系统，充分发挥二极管整流器串联方案和风机串联方案的技术经济优势，实现高压大容量远海风电送出。
31.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
32.本发明提供了一种远海风电送出系统，包括：风机串联子系统、二极管整流器串联子系统、海底直流电缆和岸上换流器；所述风机串联子系统、二极管整流器串联子系统、海底直流电缆和岸上换流器串联连接构成远海风电送出系统；所述风机串联子系统由若干个风力发电单元串联组成。
33.1、远海风电送出系统
34.本发明提供了一种远海风电送出系统如图1所示，其由多个风电场、风机串联子系统、二极管整流器串联子系统、海底直流电缆、岸上换流器组成。风机串联子系统直流侧串联连接构成低电位直流电压，二极管整流器串联子系统直流侧串联连接构成高电位直流电压，两部分串联起来构成海上风电送出侧直流电压。风机串联子系统没有海上换流站和海上升压站。二极管整流器串联子系统没有海上升压站，只有海上换流站，海上换流站放置在海上平台上。
35.2、风机串联子系统
36.风机串联子系统如图2所示，每个风力发电机通过隔离变压器与风机变流器交流侧相连，风机变流器直流侧串联连接，形成风机串联子系统直流电压。隔离变压器起到隔离风机和变流器的作用，保证风机处于低电位。
37.风机变流器由整流器(ac/dc)、直流变压器(dc/dc)和电容器(c)组成。电容器(c)跨接在整流器(ac/dc)直流两端。整流器(ac/dc)控制风力发电机的有功功率，将风力发电机生成的交流电转换成直流电，直流变压器(dc/dc)控制直流电压输出。
38.3、二极管整流器串联子系统
39.二极管整流器串联子系统如图3所示，风电场经海底交流电缆和整流变压器(t
dr
)与二极管整流器(dr)交流侧相连，风电场经海底交流电缆和换流变压器(t
vsc
)与电压源换流器(wfvsc)的交流侧相连，风电场经海底交流电缆与滤波器相连。二极管整流器(dr)与电压源换流器(wfvsc)的直流侧串联连接。
40.整流变压器(t
dr
)，二极管整流器(dr)，换流变压器(t
vsc
)，电压源换流器(wfvsc)和滤波器放置在海上平台上。
41.电压源换流器(wfvsc)由六个桥臂构成，每个桥臂由一个桥臂电感(l)和多个子模块(sm)串联连接，子模块(sm)为四个igbt和一个电容(c
sm
)构成全桥子模块。其中三个上桥臂的一端连接到一起作为电压源换流器(wfvsc)的直流侧正极，三个下桥臂的一段连接到一起作为电压源换流器(wfvsc)的直流侧负极；三个上桥臂的另一端与三个下桥臂的另一端分别相连，作为电压源换流器(wfvsc)的三相交流端；电压源换流器(wfvsc)的直流侧通过旁路开关(sb)和隔离开关(si)与外部电路连接。
42.4、系统控制策略
43.岸上换流站控制直流电流，风机串联子系统和二极管整流器串联子系统均通过控制直流电压来控制功率。
44.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序
产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
45.本发明是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
46.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
47.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
48.以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。