CN107895963A - 一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统 - Google Patents

一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107895963A
CN107895963A CN201711207878.2A CN201711207878A CN107895963A CN 107895963 A CN107895963 A CN 107895963A CN 201711207878 A CN201711207878 A CN 201711207878A CN 107895963 A CN107895963 A CN 107895963A
Authority
CN
China
Prior art keywords
station
current conversion
electric field
conversion station
direct current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711207878.2A
Other languages
English (en)
Inventor
苟锐锋
刘大鹏
任军辉
杨晓平
马志荣
杨帆
梁振福
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China XD Electric Co Ltd
Original Assignee
China XD Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China XD Electric Co Ltd filed Critical China XD Electric Co Ltd
Priority to CN201711207878.2A priority Critical patent/CN107895963A/zh
Publication of CN107895963A publication Critical patent/CN107895963A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H02J3/386—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Abstract

本发明公开一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统，将风电场风机系统输出经汇集后，通过升压联接变压器升压至适当的电压等级后，经过柔性直流换流器转换为直流，而后直接通过直流电缆输送至陆上换流器，或通过海上转接站组成多端系统后统一传输至陆上换流器；省去了传统升压站中动态无功补偿装置、线路并联高压电抗器、连接升压站与柔性直流换流站间的高压交流电缆以及柔直换流站站用变等设备，减少了海上平台设备投资以及海上平台总占地。提高海上交流网络的稳定性，为风电场提供足够的快速无功补偿，降低风机脱网风险，提高风能利用率。

Description

一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统
技术领域
本发明涉及大规模海上风电场柔性直流输电领域，具体涉及一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统。
背景技术
目前海上风电场电能输送方式多为交流并网，将风机出口电压经升压变升至10kV或35kV，汇集至海上升压站由110kV或220kV交流线路送至陆上交流电网，海上平台升压站是整个风场的电能汇集及交换中心。然而随着海上风电场向远海发展，规划发电容量日益扩大，海上风电直流输电方式成为大规模利用风能的最有效方式。
直流输电适用于大容量、远距离的电能输送，随着海上风电场传输距离的需求越来越远，输电容量越来越大，直流输电在海上风电场的开发中起到关键作用。相比较常规的电流源换相换流器、两电平和三电平的电压源换流器，基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电接入系统更加适用于长距离、大规模的孤岛式海上风电场。模块化多电平换流器是目前国际上发展较为迅速的一种柔性直流输电拓扑结构，目前，工程上所用的模块化多电平结构多为半桥型，国内相关厂家也已开展了全桥型模块化多电平换流器的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统，弥补现有技术的缺陷、减少海上风电场直流并网所需设备数量、降低海上平台的建设成本。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种海上风电场柔直换流站拓扑结构，包括低压母线、高压母线、升压联接变压器和柔性直流换流器；
低压母线经升压联接变压器连接至高压母线，高压母线与柔性直流换流器连接，柔性直流换流器由MMC拓扑结构构成，柔性直流换流器包含6个桥臂，换流器的每个桥臂包含若干个功率模块，功率模块为全部半桥型功率模块、全部全桥型功率模块或半桥模块与全桥模块混合的结构。
进一步，升压联接变压器由两台或多台三相双绕组变压器并联联接构成，且各自连接一低压母线，低压母线构成单母分段的型式。
进一步，柔直换流站前端电能输入由多个风力涡轮机和辅助变压器构成。
进一步，还包括低压开关柜、高压GIS开关、站用变压器、接地变压器、启动电阻、桥臂电抗器、交流开关及测量装置、直流开关及测量装置和避雷器。
一种海上风电场柔直并网系统，包括海上柔直换流站、海上平台转接站和陆上换流站；能量先从各个风机汇集至海上柔性直流换流站，经一个或多个换流站并联后，形成两端或多端系统通过海上平台转接站汇集后经直流电缆统一输送至陆上换流站，与交流主网进行联网。
进一步，海上柔直换流站采用电压源柔性直流换流器，陆上换流站采用电流源或电压源换流器。
本发明的有益效果：
本发明的海上风电场柔性直流换流站拓扑结构及其并网系统中，将风电场风机系统输出经汇集后，通过升压联接变压器升压至适当的电压等级后，经过柔性直流换流器转换为直流，而后直接通过直流电缆输送至陆上换流器，或通过海上转接站组成多端系统后统一传输至陆上换流器。在整个变换过程中，省去了传统升压站中动态无功补偿装置、线路并联高压电抗器、连接升压站与柔性直流换流站间的高压交流电缆以及柔直换流站站用变等设备，减少了海上平台设备投资以及海上平台总占地。提高海上交流网络的稳定性，为风电场提供足够的快速无功补偿，降低风机脱网风险，提高风能利用率。
海上风电场电能由一个或多个海上平台柔性直流换流站组成直流双端或多端系统后由直流电缆输送至陆上换流站，若受端换流站采用电流源换流器，可进一步降低系统成本。
本发明可作为风电场直流换流站模块化设计的标准，对换流站设备选型及平台建设的规范化有推进意义，节约规划、建设及设备研发投入。
附图说明
图1为海上风电场柔性直流换流站拓扑结构图
图2为半桥型子模块(HBSM)拓扑结构图
图3为全桥型子模块(FBSM)拓扑结构图
图4为海上风电场柔直并网系统图
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示，本发明所述海上风电场柔性直流换流站拓扑结构主要包括低压开关柜及母线、高压GIS开关及母线、站用变压器、接地变压器、升压联接变压器、启动电阻、桥臂电抗器、柔性直流换流器、测量装置、直流开关及测量装置及避雷器。多个海上柔直换流站可通过海上平台转接站汇集后统一输送至陆上换流站。陆上换流站选择常规电流源换相(LCC)换流器，可进一步降低系统成本。
上述的升压联接变压器可由两台或多台三相双绕组变压器并联联接构成，且各自连接一低压母线，低压母线构成单母分段的型式，保证了风电场外送电能的可靠性。
如图2所示，上述的柔性直流换流阀由MMC拓扑结构构成，功率模块可根据需求选择半桥模块、全桥模块或半桥加全桥混合式的结构。
如图3和图4所示，一种海上风电场柔直并网系统，包括海上柔直换流站、海上平台转接站和陆上换流站；能量先从各个风机汇集至海上柔性直流换流站，经一个或多个换流站并联后，形成两端或多端系统通过海上平台转接站汇集后经直流电缆统一输送至陆上换流站，与交流主网进行联网。
海上柔直换流站采用电压源柔性直流换流器，陆上换流站采用电流源或电压源换流器。
对于大规模远距离海上风电场并网，能量先从各个风机汇集至海上柔性直流换流站，经一个或多个换流站并联后，形成两端或多端系统后输送至陆上换流站。多端系统在输送电能的过程中不会因为单个换流站的故障造成整个风电场系统的停运。
上述的海上风电场柔直换流站前端电能输入由多个风力涡轮机和辅助变压器构成。其中，风力涡轮机将风能转换为电能，通过辅助变压器将电压提升至10kV或35kV。风力涡轮机及辅助变压器不包含在海上风电场柔直换流站设备内。
本发明所提出的海上风电场柔性直流换流站拓扑及并网方式，提高了海上交流网络的稳定性，为风电场提供足够的快速无功补偿，降低风机脱网风险，提高了风能利用率。通过柔性直流多端及混合直流输电的方式解决了远距离大规模海上风电场电能传输问题。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所述领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种海上风电场柔直换流站拓扑结构，其特征在于：包括低压母线、高压母线、升压联接变压器和柔性直流换流器；
低压母线经升压联接变压器连接至高压母线，高压母线与柔性直流换流器连接，柔性直流换流器由MMC拓扑结构构成，柔性直流换流器包含6个桥臂，换流器的每个桥臂包含若干个功率模块，功率模块为全部半桥型功率模块、全部全桥型功率模块或半桥模块与全桥模块混合的结构。
2.根据权利要求1所述的新型的海上风电场柔直换流站拓扑结构，其特征在于：升压联接变压器由两台或多台三相双绕组变压器并联联接构成，且各自连接一低压母线，低压母线构成单母分段的型式。
3.根据权利要求1所述的新型的海上风电场柔直换流站拓扑结构，其特征在于：柔直换流站前端电能输入由多个风力涡轮机和辅助变压器构成。
4.根据权利要求1、2或3所述的新型的海上风电场柔直换流站拓扑结构，其特征在于：还包括低压开关柜、高压GIS开关、站用变压器、接地变压器、启动电阻、桥臂电抗器、交流开关及测量装置、直流开关及测量装置和避雷器。
5.一种基于权利要求1柔直换流站拓扑结构的海上风电场柔直并网系统，其特征在于：包括海上柔直换流站、海上平台转接站和陆上换流站；能量先从各个风机汇集至海上柔性直流换流站，经一个或多个换流站并联后，形成两端或多端系统通过海上平台转接站汇集后经直流电缆统一输送至陆上换流站，与交流主网进行联网。
6.根据权利要求5所述的海上风电场柔直并网系统，其特征在于：海上柔直换流站采用电压源柔性直流换流器，陆上换流站采用电流源或电压源换流器。
CN201711207878.2A 2017-11-27 2017-11-27 一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统 Pending CN107895963A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711207878.2A CN107895963A (zh) 2017-11-27 2017-11-27 一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711207878.2A CN107895963A (zh) 2017-11-27 2017-11-27 一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107895963A true CN107895963A (zh) 2018-04-10

Family

ID=61806848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711207878.2A Pending CN107895963A (zh) 2017-11-27 2017-11-27 一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107895963A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108493983A (zh) * 2018-06-01 2018-09-04 中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司 一种紧凑型交直流gil变电站
CN109510246A (zh) * 2019-01-07 2019-03-22 南京南瑞继保电气有限公司 一种海上风电直流并网系统
CN109617118A (zh) * 2018-12-12 2019-04-12 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种光伏电站直流升压汇集接入系统接地方式确定方法
CN111426910A (zh) * 2020-04-03 2020-07-17 南京南瑞继保电气有限公司 一种柔性直流输电换流站的试验系统及试验方法
CN111537842A (zh) * 2020-04-03 2020-08-14 南京南瑞继保电气有限公司 一种柔性直流输电换流站的试验系统及试验方法
CN111600335A (zh) * 2020-05-19 2020-08-28 南京理工大学 一种微型智能电站电路拓扑结构及其能量管理策略
CN112072686A (zh) * 2020-08-03 2020-12-11 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种海上风电升压站与柔直换流阀组合建换流站及系统
CN112736977A (zh) * 2020-12-31 2021-04-30 中国长江三峡集团有限公司 多端海上风电柔性直流与储能协同并网系统及其控制方法
CN114094616A (zh) * 2021-11-23 2022-02-25 南通振华重型装备制造有限公司 一种海上柔性直流换流站高压调试电源方法
CN114374218A (zh) * 2021-12-14 2022-04-19 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种大容量海上柔性直流输电系统
WO2022142812A1 (zh) * 2020-12-31 2022-07-07 中国长江三峡集团有限公司 多端海上风电柔性直流与储能协同并网系统及其控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140247629A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 Ge Eneygy Power Conversion Technology Limited Converters
CN204578106U (zh) * 2015-02-13 2015-08-19 国家电网公司 一种海上风电模块化多电平柔性直流输电系统
CN105207257A (zh) * 2015-09-17 2015-12-30 南京南瑞集团公司 海上风机并网方法及系统
CN105226714A (zh) * 2015-10-29 2016-01-06 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种海上风电直流汇聚输电系统及设计方法
CN106712084A (zh) * 2017-01-10 2017-05-24 清华大学 一种用于串联直流海上风电场的风力发电系统
CN106992536A (zh) * 2017-03-22 2017-07-28 全球能源互联网研究院 一种海上风电场柔性直流输电系统的主接线系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140247629A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 Ge Eneygy Power Conversion Technology Limited Converters
CN204578106U (zh) * 2015-02-13 2015-08-19 国家电网公司 一种海上风电模块化多电平柔性直流输电系统
CN105207257A (zh) * 2015-09-17 2015-12-30 南京南瑞集团公司 海上风机并网方法及系统
CN105226714A (zh) * 2015-10-29 2016-01-06 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种海上风电直流汇聚输电系统及设计方法
CN106712084A (zh) * 2017-01-10 2017-05-24 清华大学 一种用于串联直流海上风电场的风力发电系统
CN106992536A (zh) * 2017-03-22 2017-07-28 全球能源互联网研究院 一种海上风电场柔性直流输电系统的主接线系统

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108493983B (zh) * 2018-06-01 2024-01-30 中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司 一种紧凑型交直流gil变电站
CN108493983A (zh) * 2018-06-01 2018-09-04 中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司 一种紧凑型交直流gil变电站
CN109617118B (zh) * 2018-12-12 2022-04-12 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种光伏电站直流升压汇集接入系统接地方式确定方法
CN109617118A (zh) * 2018-12-12 2019-04-12 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种光伏电站直流升压汇集接入系统接地方式确定方法
CN109510246A (zh) * 2019-01-07 2019-03-22 南京南瑞继保电气有限公司 一种海上风电直流并网系统
CN111426910B (zh) * 2020-04-03 2022-06-28 南京南瑞继保电气有限公司 一种柔性直流输电换流站的试验系统及试验方法
CN111537842A (zh) * 2020-04-03 2020-08-14 南京南瑞继保电气有限公司 一种柔性直流输电换流站的试验系统及试验方法
CN111537842B (zh) * 2020-04-03 2023-08-08 南京南瑞继保电气有限公司 一种柔性直流输电换流站的试验系统及试验方法
CN111426910A (zh) * 2020-04-03 2020-07-17 南京南瑞继保电气有限公司 一种柔性直流输电换流站的试验系统及试验方法
CN111600335B (zh) * 2020-05-19 2021-09-03 南京理工大学 一种微型智能电站电路拓扑结构及其能量管理策略
CN111600335A (zh) * 2020-05-19 2020-08-28 南京理工大学 一种微型智能电站电路拓扑结构及其能量管理策略
CN112072686A (zh) * 2020-08-03 2020-12-11 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种海上风电升压站与柔直换流阀组合建换流站及系统
CN112736977A (zh) * 2020-12-31 2021-04-30 中国长江三峡集团有限公司 多端海上风电柔性直流与储能协同并网系统及其控制方法
WO2022142812A1 (zh) * 2020-12-31 2022-07-07 中国长江三峡集团有限公司 多端海上风电柔性直流与储能协同并网系统及其控制方法
CN114094616A (zh) * 2021-11-23 2022-02-25 南通振华重型装备制造有限公司 一种海上柔性直流换流站高压调试电源方法
CN114094616B (zh) * 2021-11-23 2023-07-07 南通振华重型装备制造有限公司 一种海上柔性直流换流站高压调试电源方法
CN114374218A (zh) * 2021-12-14 2022-04-19 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种大容量海上柔性直流输电系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107895963A (zh) 一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统
CN110829478B (zh) 一种海上风电场低频交流不控整流输电系统
WO2021082601A1 (zh) 一种海上风电场高频不控整流直流输电系统
CN105162155B (zh) 一种具有直流故障穿越能力的串联混合型双极直流输电系统
CN112421670B (zh) 一种适用于远海风电送出的中频柔性直流输电系统及其控制方法
CN103904635B (zh) 一种多端口直流变电站的拓扑结构及其控制方法
CN103607032B (zh) 可再生能源发电、输变电和电网接入一体化系统
CN204578106U (zh) 一种海上风电模块化多电平柔性直流输电系统
CN107104431B (zh) 一种mmc-hvdc输电系统mmc模块小信号建模方法
CN214674375U (zh) 多端海上风电柔性直流与储能协同并网系统
WO2021047058A1 (zh) 一种远程输电变流站及输电系统
CN104218573A (zh) 一种受端电网发生故障时mmc-hvdc的控制方法
CN207339264U (zh) 一种直流配电中心控制系统
CN105811453A (zh) 一种分布式能源智能接入系统及其接入方法
CN107634543A (zh) 一种海上风电升压系统及升压方法
CN203352190U (zh) 一种风力发电机组直流输电系统
CN111786401A (zh) 高压体系百兆瓦级电池储能系统
CN105743121A (zh) 一种直接并网型光伏电站电路拓扑结构
CN113794226A (zh) 一种海上风电场低频交流输电系统
CN113241808A (zh) 一种海上风电交直流组网系统及其工作方法
CN105429472B (zh) 一种星角型整流式大功率直流升压变换器及其控制方法
CN209626984U (zh) 海上风力发电系统和海上输电系统
CN116014785A (zh) 一种海上风电中压直流汇集和分布式串联直流输电系统
CN102946102B (zh) 潮流发电机组变流输电系统的工作方法
CN210693470U (zh) 一种变流站及输电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180410