一种混合型海上风电输电系统及运行方法与流程

本发明涉及海上风力发电，特别是涉及一种混合型海上风电输电系统及运行方法。

背景技术：

1、随着近海资源的大规模开发，在能源需求和“双碳”目标的双重背景下，为获取更多的风能资源，海上风电场由近海向远海，由小规模向大规模集中开发的趋势成为必然。高压直流送出技术，是长距离、大容量海上风电送出的必然选择，因此，采用大型海上换流站平台，将风电场输出电能汇集升压后传输至陆上，是重要的技术手段。换流器平台主要取决于直流输电系统所采用的拓扑结构。

2、目前轻型化的海上平台拓扑结构主要形式为二极管式结构，但二极管结构无法实现海上风电系统的快速黑启动，成为制约二极管结构工程化应用的主要限制性因素。因此，需要对现有的换流组件做相应改进，在保证轻型化的同时，也能够实现整个输电系统的黑启动能力。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种混合型海上风电输电系统及运行方法，以兼顾二极管与可控器件的优势，一方面有效的降低系统平台重量，另外一方面保留可控器件的黑启动能力，实现送端风场的灵活黑启动。

2、为实现上述目的，本发明提供一种混合型海上风电输电系统，所述混合型海上风电输电系统包括：

3、海上风电场；

4、多绕组变压器模组，所述多绕组变压器模组包括至少三个绕组，所述海上风电场输出的交流电经海上交流母线与所述多绕组变压器模组的第一绕组相连；

5、换流组件，所述换流组件的交流侧与所述多绕组变压器模组的第二绕组相连，所述换流组件包括一个可控器件桥臂模组及两个不控器件桥臂模组；所述可控器件桥臂模组用于海上风电场的黑启动或第二绕组变压后的交流电的整流外送；所述不控器件桥臂模组400用于对第二绕组变压后的交流电进行整流外送。

6、优选地，所述可控器件桥臂模组及两个不控器件桥臂模组的直流侧分别与直流海缆相连，以将整流后的直流电外送至陆上电站。

7、优选地，还包括第一支路，所述第一支路的一端连接至所述多绕组变压器模组的第三绕组、另一端连接至海上交流母线，所述第一支路内依次连接有ac/dc/ac变换器模组、三相变压器模组、开关模组；风电场正常送电时，开关模组断开；风电场黑启动时，开关模组闭合。

8、优选地，所述不控器件桥臂模组包括串联的多个二极管。

9、优选地，所述可控器件桥臂模组包括串联的多个可控器件，所述可控器件包括晶体管以及与晶体管反并联的二极管。

10、优选地，所述可控器件桥臂模组包括半桥mmc结构、全桥mmc结构中的一种。

11、优选地，所述半桥mmc结构包括串联的多个半桥子模块，所述半桥子模块包括晶体管t1、t2，二极管d1、d2，电容c1；晶体管t1、t2分别与二极管d1、d2反并联，电容c1与晶体管t1并联，t1集电极和t2发射极连接。

12、优选地，所述全桥mmc结构包括串联的多个全桥子模块，所述全桥子模块包括晶体管t3、t4、t5、t6，二极管d3、d4、d5、d6；二极管d3、d4、d5、d6分别与晶体管t3、t4、t5、t6反并联，t3集电极和t4发射极连接，t5集电极和t6发射极连接，t3的发射极与t5发射极相连，t4集电极与t6集电极连接，电容c2的两个极板分别连接至t4的发射极与t6发射极。

13、本发明还提供一种所述的混合型海上风电输电系统的运行方法，包括如下步骤：

14、风电场正常送电时，开关模组断开，第一支路不起作用，海上风电场输出的交流电经所述换流组件外送至直流海缆

15、优选地，风电场黑启动时，开关模组闭合，直流海缆的直流电压输送至可控器件桥臂模组的直流侧，经可控器件桥臂模组换流后在交流侧形成单相交流电压，然后经所述多绕组变压器模组的第三绕组变压后输送至ac/dc/ac变换器模组，单相的交流电压通过ac/dc/ac变换器模组的变换，先将单相交流电变换为直流电，然后通过三相逆变变为三相交流电；该三相交流电通过三相变压器模组升压，进而带动送端风机，实现风电场的黑启动。

16、如上所述，本发明提供一种混合型海上风电输电系统及运行方法，该输电系统的换流组件包括一个可控器件桥臂模组与两个不控器件桥臂模组，可控器件桥臂模组用于海上风电场的黑启动或风电场产生的交流电的整流外送；不控器件桥臂模组用于对风电场产生的交流电进行整流外送。将可控器件桥臂模组与不控器件桥臂模组混合形成换流组件，既实现了风电场的功率外送，又实现了风电场的黑启动，能够兼顾二极管与可控器件的优势，一方面有效的降低系统平台重量，另外一方面保留可控器件的黑启动能力，实现送端风场的灵活黑启动。

17、本申请的混合型海上风电输电系统，通过各模块组合实现了海上侧的黑启动，同时各设备容量相对较小，不增加海上侧的总体体积和重量，能够在保障送端系统体积小的优势的同时，有效解决送端系统黑启动问题。

技术特征：

1.一种混合型海上风电输电系统，其特征在于，所述混合型海上风电输电系统包括：

2.根据权利要求1所述的混合型海上风电输电系统，其特征在于：所述可控器件桥臂模组及两个不控器件桥臂模组的直流侧分别与直流海缆相连，以将整流后的直流电外送至陆上电站。

3.根据权利要求2所述的混合型海上风电输电系统，其特征在于：还包括第一支路，所述第一支路的一端连接至所述多绕组变压器模组的第三绕组、另一端连接至海上交流母线，所述第一支路内依次连接有ac/dc/ac变换器模组、三相变压器模组、开关模组；风电场正常送电时，开关模组断开；风电场黑启动时，开关模组闭合。

4.根据权利要求1所述的混合型海上风电输电系统，其特征在于：所述不控器件桥臂模组包括串联的多个二极管。

5.根据权利要求1所述的混合型海上风电输电系统，其特征在于：所述可控器件桥臂模组包括串联的多个可控器件，所述可控器件包括晶体管以及与晶体管反并联的二极管。

6.根据权利要求1所述的混合型海上风电输电系统，其特征在于：所述可控器件桥臂模组包括半桥mmc结构、全桥mmc结构中的一种。

7.根据权利要求6所述的混合型海上风电输电系统，其特征在于：所述半桥mmc结构包括串联的多个半桥子模块，所述半桥子模块包括晶体管t1、t2，二极管d1、d2，电容c1；晶体管t1、t2分别与二极管d1、d2反并联，电容c1与晶体管t1并联，t1集电极和t2发射极连接。

8.根据权利要求6所述的混合型海上风电输电系统，其特征在于：所述全桥mmc结构包括串联的多个全桥子模块，所述全桥子模块包括晶体管t3、t4、t5、t6，二极管d3、d4、d5、d6；二极管d3、d4、d5、d6分别与晶体管t3、t4、t5、t6反并联，t3集电极和t4发射极连接，t5集电极和t6发射极连接，t3的发射极与t5发射极相连，t4集电极与t6集电极连接，电容c2的两个极板分别连接至t4的发射极与t6发射极。

9.一种如权利要求3-8任一所述的混合型海上风电输电系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的运行方法，其特征在于：风电场黑启动时，开关模组闭合，直流海缆的直流电压输送至可控器件桥臂模组的直流侧，经可控器件桥臂模组换流后在交流侧形成单相交流电压，然后经所述多绕组变压器模组的第三绕组变压后输送至ac/dc/ac变换器模组，单相的交流电压通过ac/dc/ac变换器模组的变换，先将单相交流电变换为直流电，然后通过三相逆变变为三相交流电；该三相交流电通过三相变压器模组升压，进而带动送端风机，实现风电场的黑启动。

技术总结
本发明提供一种混合型海上风电输电系统及运行方法，该输电系统的换流组件包括一个可控器件桥臂模组与两个不控器件桥臂模组，可控器件桥臂模组用于海上风电场的黑启动或风电场产生的交流电的整流外送；不控器件桥臂模组用于对风电场产生的交流电进行整流外送。将可控器件桥臂模组与不控器件桥臂模组混合形成换流组件，既实现了风电场的功率外送，又实现了风电场的黑启动，能够兼顾二极管与可控器件的优势。本申请的混合型海上风电输电系统，通过各模块组合实现了海上侧的黑启动，同时各设备容量相对较小，不增加海上侧的总体体积和重量，能够在保障送端系统体积小的优势的同时，有效解决送端系统黑启动问题。

技术研发人员：童帆,王德友,石明,邹家勇,魏务卿,刘佳,罗琴,王秋源,刘愉,万明
受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19