CN110086198A - 一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统及启动控制方法 - Google Patents
一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统及启动控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统及启动控制方法。本方法具体是采用多个VSC整流站连接大规模海上风电场,一端LCC、VSC混合并联型PHC逆变站为功率集中接受端连接交流系统,PHC逆变站中LCC换流器完成大功率传输、VSC换流器进行无功补偿,改善交流电压母线的电能质量,有效的防止逆变失败。该系统传输容量大,成本低可靠性高,启动控制方法完善清晰,能使从VSC‑PHC型多端混合直流输电系统从完全停机状态平稳过渡到正常运行状态。在大规模海上风电并网方案中具有独特的优势和竞争力,具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电力工程技术领域。具体涉及一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统拓扑结构及启动方法。(电压源型换流器VSC和混合并联型换流器PHC的多端混合高压直流输电技术Multi-terminal Hybrid HVDC)。
背景技术
多端混合直流输电系统可根据不同的运用场景衍生出不同的拓扑结构。大规模海上风力发电并网时可采用如下拓扑:整流侧采用多个VSC整流站连接风电场、一端PHC逆变站作为功率集中接受端连接交流系统。
整流站VSC换流器有功、无功能独立控制,能动态补偿交流母线无功功率,稳定交流母线电压,电能质量好,适用于连接海上风电场,可通过多个VSC整流站并联来提高传输功率。逆变站混合并联型换流器PHC则综合了LCC换流器传输功率大和VSC换流器能稳定交流电压避免逆变失败的优势,适用于并入交流电网。本拓扑相较于造价昂贵、控制复杂的模块化多电平MMC换流器,具有成本低、控制可靠,便于检修和扩建的优势,有着广泛的运用前景。
多端混合直流输电系统启动时,若不采用特殊的启动控制策略,将会产生严重的过电压和过电流现象,从而危及换流装置的安全。多端VSC-PHC型混合直流输电系统的启动问题有其特殊性:潮流只能单向流动即由VSC换流站流向PHC换流站;不同换流站启动条件各有特点,VSC换流器启动前其直流侧须有电压,否则IGBT反并联的二极管将会正向电压的作用下发生短路。PHC换流器启动前需有功率馈入才能启动晶闸管。如何平稳启动多端VSC-PHC型混合直流输电系统,在国内外的文献中均未见研究。
发明内容
本发明针对上述问题,提供一种适用于海上风电并网的多端VSC-PHC型混合直流输电系统从完全停机状态平稳过渡到正常运行状态的拓扑结构及启动控制方法,整个启动过程平滑稳定,同时混合多端直流系统的控制策略完善清晰,启动完成后能使系统准确跟踪目标参考值稳定运行。
本发明提供的技术方案是:
一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统,其特征在于,包括多个VSC整流站、混合并联型换流器PHC构成的单个逆变站;其中,多个VSC电压源型换流器分别连接多个海上风电平台,另一端混合并联(PHC)型逆变器作为功率集中接收端连接岸上交流系统,实现大规模海上风电并网。
在上述的一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统,VSC换流站为基于IGBT全控性开关器件的两电平电压源型换流器;整流侧包括VSC1换流器、VSC2换流器…VSCn换流器n个换流站;每个VSC换流站交流侧经由连接变压器和相电抗器连接海上风电场,并安装有交流滤波器以滤除高频谐波;直流侧稳压电容并联于直流线路和地之间,多个换流站均并联于海上直流母线,再经由高压海底电缆构成的直流输电线路,将电能传输至岸上逆变站。
在上述的一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统,逆变站为LCC、VSC混合并联PHC型换流站,包括两个六脉动基于晶闸管的电网换相换流器LCC串联且中性点接地后再与一个VSC换流站并联,所述PHC换流站交流侧还安装有交流滤波器。
在上述的一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统稳定运行时,所述VSC整流站中VSC换流器采用定交流电压控制,稳定风电场母线的交流电压。PHC逆变站中LCC换流器采用定直流电压控制,为直流系统提供稳定的直流电压;所述PHC逆变站中VSC换流器采用定交流控制,为LCC换流器提供无功功率,稳定其交流侧母线电压。
一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统拓扑的启动控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:整个系统处于停机状态,PHC逆变站处于闭锁状态,通过变压器、交流开关连接交流系统,交流开关初始为断开状态;多个VSC换流器处于闭锁状态,通过交流开关接风电场,交流开关初始为断开状态。
步骤2:采用辅助交流电源通过整流站VSC1换流器的续流二极管实现不控整流对所有直流线路上的稳压电容充电,辅助交流电源投入时,限流电阻旁路开关断开,限流电阻投入为抑制冲击电流。
步骤3:待直流电压升至0.9P.U.时,辅助电源退出,同时依次闭合风电场侧交流开关,逐台并入风力发电机,解锁VSC1换流器并采用定交流电压斜率控制,交流电压的d轴分量指令值以200kV/s由零逐渐升至1.0pu、交流电压q轴分量指令值保持为0pu;与此同时闭合PHC逆变站交流测交流开关,解锁PHC逆变站中LCC换流器采用定直流电压控制,使直流电压升至1.0P.U.;解锁PHC逆变站中VSC换流器,并采用定交流电压斜率控制,交流电压的d轴分量指令值以300kV/s由零逐渐升至1.0pu、交流电压q轴分量指令值保持为0pu,待VSC1换流站和PHC换流站被控量均达到设定值后,两端VSC1-PHC混合直流输电系统启动完成。
步骤4:余下VSCn整流站连入系统:依次闭合风电场侧交流开关,逐台并入与VSCn相连的风力发电机组n,解锁VSCn换流器,做定交流电压斜率控制,且交流电压的d轴分量指令值以200kV/s由零逐渐升至1.0pu、交流电压q轴分量指令值为0pu;风电场的有功功率逐渐由多个VSC整流站经海底直流电缆传输至由PHC逆变站所接交流系统,多端混合直流输电系统启动过程完成。
因此,本发明具有如下优点:1,所述用于海上风电并网的VSC-PHC型多端混合直流输电系统方便扩建、检修,当有新增的VSC换流站及所连风电场投入时,只需将其并联至原有系统直流公共节点处即可;当检修单个换流站时,不影响其余换流站的正常运行。2,设计了多端VSC-PHC型高压直流输电系统分期启动控制策略:先平稳启动两端VSC1-PHC混合直流输电系统,当有新增的VSCn换流站及所连风电场n投入时,解锁VSC换流器做定交流电压控制即可,其余换流器控制状态不变。3,所设计启动控制策略完善清晰,能使VSC-PHC型多端混合直流输电系统从完全停机状态平稳过渡到正常运行状态,整个启动过程平滑稳定,启动完成后能使系统准确跟踪目标参考值稳定运行。
附图说明
图1为本发明涉及的系统拓扑结构示意图。
图2为本发明涉及的VSC整流站和PHC逆变站中VSC换流器的控制框图。
图3为本发明涉及的PHC逆变站中LCC换流器的控制框图。
具体实施方式
为实现所需功能,本发明提出了如下实施方式:
图1为适用于大规模海上风电并网的多端混合直流输电系统拓扑图,图中,风机1,变速箱2,双馈异步电机3,变频器4,风电场变压器5,VSC交流侧连接变压器和相电抗器的等效电阻6、等效电感7,整流站VSC1换流器10,交流滤波器8,风电厂n9,整流站VSCn换流器19,VSC直流侧稳压电容11,直流线路等效电阻12,直流线路等效电感13,PHC逆变站直压稳压电容14,PHC逆变站VSC换流器15,PHC逆变站12脉动LCC换流器16,PHC逆变站变压器17,系统侧交流开关18,交流系统20。交流辅助电源21,限流电阻22,旁路开关23,辅助电源交流开关24。
其中,风力发电机由叶片1,变速箱2,双馈异步电机3,变频器4,风电场变压器5构成,拓扑图中将风力发电机组n简画为一个电源9。有功潮流由风力发电机组1、…、风力发电机组n分别流向VSC1换流器10、…、VSCn换流器19,交流辅助电源21经过限流电阻22、交流开关24与VSC1换流站10相连,限流电阻设旁路开关23。交流滤波器8安装在VSC换流器交流侧,直流侧稳压电容11、14均并联在直流线路和地之间,电能经由直流线路输电线路12、13传输至逆变站PHC,逆变站PHC由三相两电平的VSC换流器15和LCC换流器16并联而成。12脉动LCC换流器采用两个六脉动LCC换流器串联且中性点接地方式;
图2为整流侧VSC换流器和逆变侧PHC换流站中VSC换流器的基本控制框图,均采用定交流电压斜率控制。
图3为逆变侧PHC换流站中LCC换流器的基本控制框图,其采用定直流电压控制。
一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统拓扑的启动控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:整个系统处于停机状态,PHC逆变站处于闭锁状态,通过变压器17、交流开关18连接交流系统20;多个VSC换流器处于闭锁状态,通过交流开关18接风电场。交流开关18均为断开状态。
步骤2:闭合交流开关24,限流电阻旁路开关23断开,采用辅助交流电源21经限流电阻,通过整流站VSC1换流器的续流二极管实现不控整流对所有直流线路上的稳压电容11充电,限流电阻投入为抑制冲击电流。
步骤3:待直流电压升至0.9P.U.时,断开交流开关24,辅助电源21退出。同时依次闭合风电场侧交流开关18,逐台并入风力发电机,解锁VSC1换流器并采用定交流电压斜率控制,交流电压的d轴分量指令值以200kV/s由零逐渐升至1.0pu、交流电压q轴分量指令值保持为0pu;与此同时解锁PHC逆变站中LCC换流器采用定直流电压控制,使直流电压升至额定直流电压;解锁PHC逆变站中VSC换流器,并采用定交流电压斜率控制,交流电压的d轴分量指令值以300kV/s由零逐渐升至1.0pu、交流电压q轴分量指令值保持为0pu,待VSC1换流站和PHC换流站被控量均达到设定值后,两端VSC1-PHC混合直流输电系统启动完成。
步骤4:余下VSCn整流站连入系统:依次闭合风电场侧交流开关18,逐台并入与VSCn相连的风力发电机组n,解锁VSCn换流器,做定交流电压斜率控制,且交流电压的d轴分量指令值以200kV/s由零逐渐升至1.0pu、交流电压q轴分量指令值为0pu;风电场的有功功率逐渐由多个VSC整流站经海底直流电缆传输至由PHC逆变站所接交流系统,多端混合直流输电系统启动过程完成。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (2)
1.一种适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统,其特征在于,VSC换流器为基于IGBT全控性开关器件的三相两电平电压源型换流器;整流侧包括n个相互并联的换流器,分别是VSC1换流器、VSC2换流器…VSCn换流器;每个VSC换流器交流侧经由连接变压器和相电抗器接海上风电场,交流辅助电源并联于VSC1交流母线,包括依次串联的柴油发电机组、限流电阻以及辅助电源交流开关,其中限流电阻还需并联旁路开关;交流母线处安装交流滤波器以滤除高频谐波;直流侧稳压电容并联于直流线路和地之间,多个换流器均并联于海上直流母线,再经由高压海底电缆构成的直流输电线路,将电能传输至岸上逆变站;逆变侧混合并联(PHC)型逆变器作为功率集中接收端连接岸上交流系统,实现大规模海上风电并网,混合并联(PHC)型逆变器为LCC、VSC混合并联PHC型换流器,包括两个六脉动基于晶闸管的电网换相换流器LCC串联且中性点接地后再与一个VSC换流器并联,所述PHC换流器交流侧安装交流滤波器,直流侧并联稳压电容;所述VSC整流站中VSC换流器采用定交流电压斜率控制,稳定风电场侧交流母线电压;所述PHC逆变站中LCC换流器采用定直流电压控制,为直流系统提供稳定的直流电压;所述PHC逆变站中VSC换流器采用定交流电压斜率控制,为LCC换流器提供无功功率,稳定其交流侧母线电压防止逆变失败。
2.一种权利要求1所述的适用于海上风电并网的多端混合直流输电系统拓扑的启动控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:整个系统处于停机状态,PHC逆变器处于闭锁状态,通过变压器、交流开关连接交流系统,交流开关初始为断开状态;多个VSC换流器处于闭锁状态,通过交流开关接风电场,交流开关初始为断开状态;
步骤2:采用辅助交流电源通过整流站VSC1换流器的续流二极管实现不控整流对所有直流线路上的稳压电容充电,辅助交流电源投入时,限流电阻旁路开关断开,限流电阻投入为抑制冲击电流;
步骤3:待直流电压升至0.9p.u.时,辅助电源退出,同时依次闭合与VSC1相连的风电场侧交流开关,逐台并入与VSC1相连的风力发电机,解锁VSC1换流器并采用定交流电压斜率控制,交流电压的d轴分量指令值以200kV/s由零逐渐升至1.0p.u.、交流电压q轴分量指令值保持为0p.u.;与此同时闭合PHC逆变器交流开关,解锁PHC逆变器中LCC换流器采用定直流电压控制,使直流电压升至1.0p.u.;解锁PHC逆变器中VSC换流器,并采用定交流电压斜率控制,交流电压的d轴分量指令值以300kV/s由零逐渐升至1.0p.u.、交流电压q轴分量指令值保持为0p.u.,待VSC1换流器和PHC换流器被控量均达到设定值后,两端VSC1-PHC混合直流输电系统启动完成;
步骤4:余下VSCn整流器连入系统:依次闭合与VSCn相连的风电场侧交流开关,逐台并入与VSCn相连的风力发电机组n,解锁VSCn换流器,做同步骤3的定交流电压斜率控制,且交流电压的d轴分量指令值以200kV/s由零逐渐升至1.0p.u.、交流电压q轴分量指令值为0p.u.;风电场的有功功率逐渐由多个VSC整流器经海底直流电缆传输至由PHC逆变器所接交流系统,多端混合直流输电系统启动过程完成。
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