基于二极管整流器的海上风电黑启动方法、装置和设备与流程

本发明涉及海上风电，尤其涉及一种基于二极管整流器的海上风电黑启动方法、装置和设备。

背景技术：

1、目前海上风电主要采取近海-交流、远海-直流的输送方式，单个工程容量约百万千瓦。随着近海海上风电开发殆尽，深远海海上风电成为未来海上风电发展的重点。交流送出方案不能适应大规模深远海海上风电开发需要，传统直流送出方案成本高，难以满足大规模海上风电经济开发的需要。有必要探索低成本的新型送出方案，为深远海海上风电开发提供新的技术选择大规模海上风电存在交流送出和多种直流送出换流方案。目前实际应用中直流送出主流方案为基于mmc拓扑的柔性直流输电技术，但其平台的体积重量大，造价较高，因此大规模海上风电送出方案有待进一步优化。为适应多种应用场景和降低送出工程成本，国内外提出了多种各具特点的送出方案，包括送端采用基于二极管元件的单向电流型不控整流换流器、直流风机汇集升压送出、低频输电等多种送出方案。

2、送端采用基于二极管元件的单向电流型不控整流换流器有助于实现海上平台轻型化，但现有方案仍然存在缺点，黑启动问题是二极管现有方案中最难以解决的问题。目前需要专门设置陆上电源接入海上换流平台，通常采用就地柴油发电机的方案，但该方案所需装设的柴油发电机多，对于海上侧风机的建设投资较高。也有提出采用vsc换流器串并联的混合换流器等方案以辅助启动，但该方案采用一定比例的vsc结构，降低了二极管方案小体积低成本的技术优势。因此，针对于基于二极管整流器的海上风电黑启动问题，如何减少海上侧风机的建设投资成本和保持二极管方案小体积低成本的技术优势，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于二极管整流器的海上风电黑启动方法、装置和设备，用于解决现有的基于二极管整流器的海上风电黑启动方法存在海上侧风机的建设投资成本高和降低了二极管方案小体积低成本的技术优势的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种基于二极管整流器的海上风电黑启动方法，应用于海上风电直流输电系统，海上风电直流输电系统包括：第一海上风电场、第二海上风电场、4个第一逆变器、2个第二逆变器、背靠背ac/dc/ac模块、第一二极管整流器、第二二极管整流器、陆上换流阀、陆上变压器和陆上电网；

3、第一海上风电场通过第一母线分别连接两个第一逆变器和一个第二逆变器，与第一母线连接的一个第一逆变器连接第一二极管整流器的一端，第一二极管整流器的另一端连接与第一母线连接的第二逆变器，与第一母线连接的另一个第一逆变器连接背靠背ac/dc/ac模块的一端，背靠背ac/dc/ac模块的两个ac/dc模块通过一个第一开关连接；

4、第二海上风电场通过第二母线分别连接两个第一逆变器和一个第二逆变器，与第二母线连接的一个第一逆变器连接第二二极管整流器的一端，第二二极管整流器的另一端连接与第二母线连接的第二逆变器，与第二母线连接的另一个第一逆变器连接背靠背ac/dc/ac模块的另一端；

5、第一二极管整流器的正极端通过一个第二开关与连接两个ac/dc模块的第一开关的一端连接，第二二极管整流器的负极端通过另一个第二开关与连接两个ac/dc模块第一开关的另一端连接，第一二极管整流器的正极端通过另一个第一开关与第二二极管整流器的负极端连接，第一二极管整流的正极端通过一个第三开关与第一直流线路的输入端连接，第一直流线路的输出端与陆上换流阀的输入端连接，第二二极管整流器的负极端通过另一个第三开关与第二直流线路的输入端连接，第二直流线路的输出端与陆上换流阀的输入端连接，第一二极管整流器的负极端通过一个第五开关与第一直流线路的输入端连接，第二二极管整流器的正极端通过另一个第五开关与第二直流线路的输入端连接，陆上换流阀的一个输出端通过第六开关与陆上变压器的低压绕组连接，陆上换流阀的另一个输出端通过第七开关与陆上变压器的高压绕组连接，陆上变压器的输出端与陆上电网连接；

6、陆上换流阀的容量至少为第一二极管整流器和第二二极管整流器总容量的20％；

7、基于二极管整流器的海上风电黑启动方法包括以下步骤：

8、t1、控制所有的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关为打开状态；

9、t2、合上所有第二开关和第三开关，再合上第六开关，第一直流线路和第二直流线路建立电压；

10、t3、在第一直流线路和第二直流线路建立电压后，背靠背ac/dc/ac模块直流侧建立电压，第一母线和第二母线建立额定交流电压；

11、t4、第一海上风电场和第二海上风电场中的一个海上风电场解锁一台风机，待解锁的风机稳定输出功率后，第一海上风电场和第二海上风电场中的另一个海上风电场解锁一台风机，以此往复执行，分别解锁第一海上风电场和第二海上风电场中的风机，其中，解锁风机的总容量低于背靠背ac/dc/ac模块的总容量；

12、t5、打开所有第三开关，同时合上所有第五开关，待整个系统稳定运行后，第一海上风电场和第二海上风电场通过背靠背ac/dc/ac模块及第一二极管整流器和第二二极管整流器向陆上电网进行低压供电；

13、t6、打开第六开关，并在打开第六开关的同时合上第七开关和所有第四开关，第一二极管整流器和第二二极管整流器正常建立电压送电，通过背靠背ac/dc/ac模块控制直流侧输出电压为0；

14、t7、合上所有第一开关，将背靠背ac/dc/ac模块切除，完成黑启动。

15、可选地，第一二极管整流器和第二二极管整流器为采用六脉动全桥结构的二极管换流阀。

16、可选地，第一逆变器为yy型变压器，第二逆变器为yd型变压器。

17、可选地，在步骤t2中，第一直流线路和第二直流线路建立电压后，陆上变压器的低压绕组电压与背靠背ac/dc/ac模块直流侧电压遵循预置约束条件，预置约束条件为：

18、

19、其中，m为调制比，udc为背靠背ac/dc/ac模块直流侧电压，uac为陆上变压器的低压绕组电压。

20、可选地，在步骤t6中，打开第六开关和合上第七开关的时间间隔误差不超过60ms。

21、本发明第二方面提供了一种基于二极管整流器的海上风电黑启动装置，应用于海上风电直流输电系统，海上风电直流输电系统包括：第一海上风电场、第二海上风电场、4个第一逆变器、2个第二逆变器、背靠背ac/dc/ac模块、第一二极管整流器、第二二极管整流器、陆上换流阀、陆上变压器和陆上电网；

22、第一海上风电场通过第一母线分别连接两个第一逆变器和一个第二逆变器，与第一母线连接的一个第一逆变器连接第一二极管整流器的一端，第一二极管整流器的另一端连接与第一母线连接的第二逆变器，与第一母线连接的另一个第一逆变器连接背靠背ac/dc/ac模块的一端，背靠背ac/dc/ac模块的两个ac/dc模块通过一个第一开关连接；

23、第二海上风电场通过第二母线分别连接两个第一逆变器和一个第二逆变器，与第二母线连接的一个第一逆变器连接第二二极管整流器的一端，第二二极管整流器的另一端连接与第二母线连接的第二逆变器，与第二母线连接的另一个第一逆变器连接背靠背ac/dc/ac模块的另一端；

24、第一二极管整流器的正极端通过一个第二开关与连接两个ac/dc模块的第一开关的一端连接，第二二极管整流器的负极端通过另一个第二开关与连接两个ac/dc模块第一开关的另一端连接，第一二极管整流器的正极端通过另一个第一开关与第二二极管整流器的负极端连接，第一二极管整流的正极端通过一个第三开关与第一直流线路的输入端连接，第一直流线路的输出端与陆上换流阀的输入端连接，第二二极管整流器的负极端通过另一个第三开关与第二直流线路的输入端连接，第二直流线路的输出端与陆上换流阀的输入端连接，第一二极管整流器的负极端通过一个第五开关与第一直流线路的输入端连接，第二二极管整流器的正极端通过另一个第五开关与第二直流线路的输入端连接，陆上换流阀的一个输出端通过第六开关与陆上变压器的低压绕组连接，陆上换流阀的另一个输出端通过第七开关与陆上变压器的高压绕组连接，陆上变压器的输出端与陆上电网连接；

25、陆上换流阀的容量至少为第一二极管整流器和第二二极管整流器总容量的20％；

26、基于二极管整流器的海上风电黑启动装置用于执行以下步骤：

27、t1、控制所有的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关为打开状态；

28、t2、合上所有第二开关和第三开关，再合上第六开关，第一直流线路和第二直流线路建立电压；

29、t3、在第一直流线路和第二直流线路建立电压后，背靠背ac/dc/ac模块直流侧建立电压，第一母线和第二母线建立额定交流电压；

30、t4、第一海上风电场和第二海上风电场中的一个海上风电场解锁一台风机，待解锁的风机稳定输出功率后，第一海上风电场和第二海上风电场中的另一个海上风电场解锁一台风机，以此往复执行，分别解锁第一海上风电场和第二海上风电场中的风机，其中，解锁风机的总容量低于背靠背ac/dc/ac模块的总容量；

31、t5、打开所有第三开关，同时合上所有第五开关，待整个系统稳定运行后，第一海上风电场和第二海上风电场通过背靠背ac/dc/ac模块及第一二极管整流器和第二二极管整流器向陆上电网进行低压供电；

32、t6、打开第六开关，并在打开第六开关的同时合上第七开关和所有第四开关，第一二极管整流器和第二二极管整流器正常建立电压送电，通过背靠背ac/dc/ac模块控制直流侧输出电压为0；

33、t7、合上所有第一开关，将背靠背ac/dc/ac模块切除，完成黑启动。

34、可选地，第一二极管整流器和第二二极管整流器为采用六脉动全桥结构的二极管换流阀，第一逆变器为yy型变压器，第二逆变器为yd型变压器。

35、可选地，在步骤t2中，第一直流线路和第二直流线路建立电压后，陆上变压器的低压绕组电压与背靠背ac/dc/ac模块直流侧电压遵循预置约束条件，预置约束条件为：

36、

37、其中，m为调制比，udc为背靠背ac/dc/ac模块直流侧电压，uac为陆上变压器的低压绕组电压。

38、可选地，在步骤t6中，打开第六开关和合上第七开关的时间间隔误差不超过60ms。

39、本发明第三方面提供了一种基于二极管整流器的海上风电黑启动设备，所述设备包括处理器以及存储器：

40、所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

41、所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的基于二极管整流器的海上风电黑启动方法。

42、本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面任一种所述的基于二极管整流器的海上风电黑启动方法。

43、从以上技术方案可以看出，本发明提供的基于二极管整流器的海上风电黑启动方法具有以下优点：

44、本发明提供的基于二极管整流器的海上风电黑启动方法，基于包含第一海上风电场、第二海上风电场、4个第一逆变器、2个第二逆变器、背靠背ac/dc/ac模块、第一二极管整流器、第二二极管整流器、陆上换流阀、陆上变压器和陆上电网的海上风电直流输电系统，配置相应的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关，采用小容量逆变器配合一定的投切时序实现送端黑启动以及功率的平衡，保持了二极管方案低成本小体积的技术优势，无需依赖于柴油发电机，减少了建设投资成本，解决了现有的基于二极管整流器的海上风电黑启动方法存在海上侧风机的建设投资成本高和降低了二极管方案小体积低成本的技术优势的技术问题。