一种基于组合型MMC的交直流汇集送出系统

本申请属于电力系统输配电，更具体地，涉及一种基于组合型mmc的交直流汇集送出系统。

背景技术：

1、对于传统的海上风电并网系统，一般采用基于柔性直流输电的交流汇集及直流送出方案。但是，随着海上风场单机容量和风场规模的增大，海上风电并网系统中海上模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)的额定容量和运行损耗也随之增加。如何降低海上风电并网系统中mmc的成本和损耗是目前业界亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本申请的目的在于降低海上风电并网系统中mmc的运行损耗。

2、为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，包括：直流汇集网络、交流汇集网络、由多个模块化多电平换流器mmc级联组成的组合型mmc、直流海缆和陆上换流站；

3、所述直流汇集网络，用于汇集海上直流风电场群所产生的直流电能，并输送直流电能至所述组合型mmc的直流输入端；

4、所述交流汇集网络，用于汇集海上交流风电场群所产生的交流电能，并输送交流电能至所述组合型mmc的交流输入端；

5、所述组合型mmc的直流输出端通过所述直流海缆与所述陆上换流站的直流输入端连接，所述陆上换流站的交流输出端连接陆上电网；

6、所述组合型mmc，用于：

7、将交流输入端所接收的交流电能进行交流到直流的变换，并将变换得到的直流电能输送至所述直流海缆；

8、将直流输入端所接收到的全部直流电能直接输送至所述直流海缆；或，将直流输入端所接收到的一部分直流电能直接输送至直流海缆，以及将直流输入端所接收到的另一部分直流电能，进行直流到交流再到直流的两级变换，并将变换得到的直流电能输送至所述直流海缆；

9、所述陆上换流站，用于将直流输入端所接收到的直流电能进行直流到交流的变换，并将变换得到的交流电能通过交流输出端输送给所述陆上电网。

10、可选地，所述组合型mmc包括：第一mmc、第二mmc和第三mmc；

11、所述第一mmc的直流侧正极连接所述直流海缆的正极，所述第一mmc的直流侧负极连接所述第二mmc的直流侧正极，所述第二mmc的直流侧负极连接所述第三mmc的直流侧正极，所述第三mmc的直流侧负极连接所述直流海缆的负极；

12、所述第一mmc的直流侧正极和所述第三mmc的直流侧负极构成所述组合型mmc的直流输出端，所述第二mmc的直流侧端口构成所述组合型mmc的直流输入端；

13、所述第一mmc的交流侧端口、所述第二mmc的交流侧端口和所述第三mmc的交流侧端口共同连接，以构成所述组合型mmc的交流输入端。

14、可选地，所述第一mmc、所述第二mmc和所述第三mmc三者中的一个mmc采用构网控制配置，剩余的两个mmc采用定直流端口电压控制配置；

15、所述构网控制配置用于指示控制所述交流汇集网络的交流汇集母线电压和频率无偏差跟踪对应的参考值；

16、所述定直流端口电压控制配置用于指示控制换流器的直流侧端口电压无偏差跟踪直流电压参考值，直流侧端口电压不随功率的变化而变化。

17、可选地，所述第二mmc采用定直流端口电压控制配置，所述第一mmc和所述第三mmc采用构网控制配置。

18、可选地，所述组合型mmc包括：第一mmc和第二mmc；

19、所述第一mmc的直流侧正极连接所述直流海缆的正极，所述第一mmc的直流侧负极连接所述第二mmc的直流侧正极，所述第二mmc的直流侧负极连接所述直流海缆的负极；

20、所述第一mmc的直流侧正极和所述第二mmc的直流侧负极构成所述组合型mmc的直流输出端，所述第二mmc的直流侧端口构成所述组合型mmc的直流输入端；

21、所述第一mmc的交流侧端口和所述第二mmc的交流侧端口共同连接，以构成所述组合型mmc的交流输入端。

22、可选地，所述第一mmc和所述第二mmc两者中的一个mmc采用构网控制配置，另一个mmc采用定直流端口电压控制配置。

23、可选地，所述组合型mmc还包括：与各个mmc相对应的换流器联接变压器，所述组合型mmc中各个mmc的交流侧端口与对应的换流器联接变压器的第一端连接；

24、所述组合型mmc中所有换流器联接变压器的第二端共同连接，以构成所述组合型mmc的交流输入端。

25、可选地，所述陆上换流站采用定直流端口电压控制配置。

26、可选地，所述海上直流风电场群包括多个海上直流风电场，所述直流汇集网络包括：直流汇集母线以及与各个海上直流风电场相对应的直流汇集海缆；

27、所述直流汇集海缆，用于汇集对应海上直流风电场中多个直流风电机组所产生的直流电能，并输送直流电能到所述直流汇集母线；

28、所述直流汇集母线，用于汇集各条直流汇集海缆所输送的直流电能，并将汇集后的直流电能输送至所述组合型mmc的直流输入端。

29、可选地，所述海上交流风电场群包括多个海上交流风电场，所述交流汇集网络包括：交流汇集母线以及与各个海上交流风电场相对应的交流汇集海缆；

30、所述交流汇集海缆，用于汇集对应海上交流风电场中多个交流风电机组所产生的交流电能，并输送交流电能到所述交流汇集母线；

31、所述交流汇集母线，用于汇集各条交流汇集海缆所输送的交流电能，并将汇集后的交流电能输送至所述组合型mmc的交流输入端。

32、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

33、(1)通过组合型mmc将海上交流风电场群和海上直流风电场群发出的电能共同汇集，并由直流海缆送出经陆上换流站逆变后馈入陆上电网，能够实现大规模海上风电安全稳定接入陆上电网，满足大规模海上风电的开发需要。

34、(2)与传统的海上风电并网系统的海上mmc换流站相比，流入组合型mmc直流输入端口的部分直流电能不经过直流到交流再到直流的两级变换，而是直接被输送到直流输出端连接的直流海缆，进而降低组合型mmc的运行损耗，组合型mmc的运行功率低于传统海上风电并网系统中海上mmc换流站的运行功率，能够有效地减小组合型mmc的额定容量，进而能够降低海上换流平台建造难度。

35、(3)与仅有单一类型风场的海上风电并网系统(海上风电交流汇集-直流并网系统或海上风电直流汇集-直流并网系统)相比，交直流风场可以运行在不同的容量(例如有功功率)配比下，提高了并网系统的灵活性。

36、(4)提出的组合型mmc的控制策略，能够有效实现基于组合型mmc的海上风电并网系统的稳定运行，为交流风场和直流风场均提供了稳定的并网电压。

技术特征：

1.一种基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，其特征在于，包括：直流汇集网络、交流汇集网络、由多个模块化多电平换流器mmc级联组成的组合型mmc、直流海缆和陆上换流站；

2.根据权利要求1所述基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，其特征在于，所述组合型mmc包括：第一mmc、第二mmc和第三mmc；

3.根据权利要求2所述基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，其特征在于，所述第一mmc、所述第二mmc和所述第三mmc三者中的一个mmc采用构网控制配置，剩余的两个mmc采用定直流端口电压控制配置；

4.根据权利要求2所述基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，其特征在于，所述第二mmc采用定直流端口电压控制配置，所述第一mmc和所述第三mmc采用构网控制配置。

5.根据权利要求1所述基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，其特征在于，所述组合型mmc包括：第一mmc和第二mmc；

6.根据权利要求5所述基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，其特征在于，所述第一mmc和所述第二mmc两者中的一个mmc采用构网控制配置，另一个mmc采用定直流端口电压控制配置。

7.根据权利要求2-6任一项所述基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，其特征在于，所述组合型mmc还包括：与各个mmc相对应的换流器联接变压器，所述组合型mmc中各个mmc的交流侧端口与对应的换流器联接变压器的第一端连接；

8.根据权利要求1所述基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，其特征在于，所述陆上换流站采用定直流端口电压控制配置。

9.根据权利要求1所述基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，其特征在于，所述海上直流风电场群包括多个海上直流风电场，所述直流汇集网络包括：直流汇集母线以及与各个海上直流风电场相对应的直流汇集海缆；

10.根据权利要求1所述基于组合型mmc的交直流汇集送出系统，其特征在于，所述海上交流风电场群包括多个海上交流风电场，所述交流汇集网络包括：交流汇集母线以及与各个海上交流风电场相对应的交流汇集海缆；

技术总结
本申请属于电力系统输配电技术领域，具体公开了一种基于组合型MMC的交直流汇集送出系统，包括：直流汇集网络、交流汇集网络、组合型MMC、直流海缆和陆上换流站；直流汇集网络汇集海上直流风电场群所产生的直流电能，并输送直流电能至组合型MMC的直流输入端；交流汇集网络汇集海上交流风电场群所产生的交流电能，并输送交流电能至组合型MMC的交流输入端；组合型MMC的直流输出端通过直流海缆与陆上换流站的直流输入端连接。流入组合型MMC直流输入端口的部分直流电能不经过两级变换，而是直接被输送到直流海缆，组合型MMC的运行功率低于传统海上风电并网系统中海上MMC的运行功率，能够减小MMC的额定容量和运行损耗。

技术研发人员：向往,涂睿,文劲宇
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9