CN110635468B - 一种远海风电场拓扑结构及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远海风电场拓扑结构及其控制方法，方法包括：多个海上直流风机，多个海上交流风机，组合型换流器。组合型换流器的第一直流端口通过第一限流电抗器连接第一直流电缆，再通过第一直流电缆连接至每个海上直流风机；交流端口通过交流电缆连接至每个海上交流风机；第二直流端口通过第二限流电抗器连接至第二直流电缆，再通过第二直流电缆外接至岸上换流站，用于同时汇集直流风机和交流风机送出的能量并用高压直流的形式外送至岸上换流站。本发明在远海风电场拓扑结构中同时引入海上直流风机和交流风机，并结合组合型换流器，解决现有远海风电场无法同时汇集直流风机与交流风机且海上平台体积和重量较大、换流器容量和损耗较高等问题。

Description

一种远海风电场拓扑结构及其控制方法
技术领域
本发明属于电力系统输配电领域，更具体地，涉及一种远海风电场拓扑结构及其控制方法。
背景技术
远海风电场的建设由近海向远海的发展已成为未来趋势，而目前国内外对于在远海开发海上风电的研究尚还处于起步阶段，因此研究适用于远海的海上风电场拓扑结构具有重要意义。对于海上风电的外送，业界普遍认为在输电距离大于55-70km的临界距离后，采用高压直流输电技术外送相比于采用交流输电外送更具经济性，而在55-70km的临界距离以内，采用交流输电外送具备更好的经济性与可靠性。因此，对于远海风电场，其一般采用直流输电技术进行外送。目前远海风电场的拓扑结构主要包含以下几类构建方案。
第一类拓扑方案为交流汇集直流外送。这类拓扑结构的特点是：风电场内部交流风电机组先通过交流电缆汇集到一个公共的交流母线，然后通过电压源型换流器(例如模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC))转化为高压直流，最终经过高压直流输电系统外送至岸上换流站。当交流汇集距离过长时，需要在风电场额外增加无功补偿设备，从而限制了交流汇集的距离，并且该类拓扑还存在海上换流站平台体积较大、成本较高、安装与维护难度较大等问题，限制了该方案的大规模应用。
第二类拓扑方案为直流汇集直流外送。这类拓扑结构的特点是：海上风电场内部的直流风机经过串联、并联或者混联组合等形式的连接后，汇集至中压直流母线，然后再经过海上平台内部的直流变压器进一步升压至高压直流，最终经过高压直流输电系统外送至岸上换流站。该类拓扑的优势在于，由于直流电缆不需要无功补偿，因此可以汇集较远距离的海上风电场。但是这类拓扑方案存在的问题是：一方面，直流汇集系统中不同空间位置的风机对地耐压差异大，特别是靠近输电线路的风机需要承受整个线路对地电压，给风机绝缘设计带来较大的困难。此外，由于各个风机捕获功率很难相等，不同组风机的直流出口电压存在不均衡。另一方面，由于高压大容量直流变压器技术尚未成熟，直流风机经过直流变压器进一步升压至高压直流后再进行外送的可行性尚不明确。
综合来看，远海风电场无论是采用交流汇集直流外送的方案，还是采用直流汇集直流外送的方案，都存在以下局限性。首先，上述两种方案均无法应用于海上风电场内部同时包含直流风机和交流风机的应用场景。其次，海上换流站平台中换流器的容量都需要按照海上风电场能够输出的最大容量进行设计。当海上风电场容量较高时，会导致换流器容量较大，使得海上换流站平台体积较大、成本较高、进一步导致海上换流站平台的安装与运行维护难度较大，限制了远海风电场的大规模开发与建设。
发明内容
本发明提供一种远海风电场拓扑结构及其控制方法，用以解决现有远海风电场拓扑结构仅适用于单一海上直流风电场或海上交流风电场且换流站体积大、运行损耗高、成本高进而存在实际应用范围较窄的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种远海风电场拓扑结构，包括：多个海上直流风机，多个海上交流风机，组合型换流器；
所述组合型换流器的第一直流端口通过第一限流电抗器连接至第一直流电缆，再通过所述第一直流电缆连接至每个所述海上直流风机；交流端口通过交流电缆连接至每个所述海上交流风机；第二直流端口通过第二限流电抗器连接至第二直流电缆，再通过所述第二直流电缆外接至岸上换流站，用于同时汇集海上直流风机和海上交流风机送出的能量并用高压直流的形式外送至所述岸上换流站。
本发明的有益效果是：本发明在远海风电场拓扑结构中同时引入海上直流风机和海上交流风机，可应用于海上风电场内部同时包含直流风机和交流风机的应用场景。另外，采用组合型换流器，作为能量汇集部分，将海上直流风机和海上交流风机送进来的能量进行直流-交流变换或直流升压，以将直流电能以高压直流输电的形式外送至岸上换流站，可靠高效。同时，对于组合型的换流器，可通过规划组合型换流器内部的电流流向，以用较小的换流器容量和较低的运行损耗同时汇集海上交流风机子区域和海上直流风机子区域，从而能够有效避免当海上风电场的输出电能较大时导致单一换流器容量较大且运行损耗较高，进而存在换流站体积大、成本高的问题，极大提高远海风电场的大规模开发建设的灵活性与经济性，实用性较强，可靠性较高。
上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述组合型换流器包括：第一换流单元，第二换流单元，以及第三换流单元，分别用于实现交流电与直流电之间的相互转换；
第一换流单元的正极直流母线连接至第二换流单元的负极直流母线，第一换流单元的负极直流母线连接至第三换流单元的正极直流母线；第一换流单元的正、负极直流母线构成所述第一直流端口；第二换流单元的正极直流母线与第三换流单元的负极直流母线构成所述第二直流端口；第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元的交流母线分别连接公共交流母线，所述公共交流母线作为所述交流端口。
本发明的进一步有益效果是：通过三个换流单元实现三个端口与外部海上直流风机和海上交流风机的连接，结合上述具体连接方式，可以实现减小组合型换流器容量和损耗的目的，提高该远海风风电场拓扑结构的实用性与可靠性。
进一步，所述拓扑结构还包括：接地系统和滤波系统；
所述接地系统，连接第一直流端口、第二直流端口、交流端口三者中间的任意一个，用于给所述组合型换流器提供接地点；
所述滤波系统，连接至所述公共交流母线，用于抑制所述公共交流母线上的电压谐波或电流谐波。
本发明的进一步有益效果是：本发明引入接地系统和滤波系统，保证电路拓扑的稳定运行允许。
进一步，所述第一换流单元包括交流变压器以及一个或多个电压源换流器，当有多个电压源换流器时，多个电压源换流器之间串联组合、并联组合或串并联组合，用于增大电压源换流器的输送容量；
所述交流变压器的一侧绕组与电压源换流器的交流侧连接，另一侧绕组连接至所述公共交流母线，用于实现电压源换流器与公共交流母线间的电气隔离及匹配电压源换流器的交流端口电压与公共交流母线的电压。
进一步，所述第二换流单元和/或所述第三换流单元包括：一个不可控整流器或电压源换流器，一个或多个换流变压器，以及一个旁路开关；
每个所述换流变压器的一个绕组连接至所述公共交流母线，其它绕组连接至所述不可控整流器或电压源换流器的交流端口；
所述不可控整流器或电压源换流器的正、负极直流母线为其对应换流单元的正、负极直流母线，所述旁路开关跨接在所述不可控整流器或电压源换流器的正、负极直流母线上，用于在该换流单元发生故障时闭合，以将该换流单元旁路。
本发明的进一步有益效果是：本发明在换流单元中引入旁路开关，在某一换流单元发生故障时，该换流单元中的旁路开关闭合，以将该换流单元旁路，以维持其他换流单元的持续运行。
进一步，所述不可控整流器为十二脉波不可控整流器或六脉波不可控整流器；
所述换流变压器为三相三绕组换流变压器、三相双绕组换流变压器、单相三绕组换流变压器或单相双绕组换流变压器。
本发明的进一步有益效果是：采用上述不可控整流器和换流变压器，可以减小组合型换流器的损耗和制造成本，并提高组合型换流器的可靠性。
进一步，所述不可控整流器为两个通过正、负直流母线连接的十二脉波不可控整流器，则所述一个或多个换流变压器为十二个单相双绕组换流变压器；所述旁路开关有两个，分别一一对应的跨接在两个十二脉波不可控整流器的正、负极直流母线上。
本发明的进一步有益效果是：采用两个十二脉波不可控整流器，并为其配置十二个单相双绕组换流变压器，可以增大第二换流单元和/或第三换流单元的输送容量，满足实际输电需要。
进一步，所述旁路开关为：高速机械开关，由电力电子器件构成的固态开关，或者，由高速机械开关与固态开关并联后构成的混合开关。
本发明的进一步有益效果是：采用上述高速机械开关、固态开关、混合开关，可以在换流单元发生故障时，快速高效的闭合，以进一步保证非故障换流单元的稳定运行。
本发明还提供一种远海风电场拓扑结构的控制方法，包括：
控制如上所述的任一种远海风电场拓扑结构中所有海上直流风机送出的总有功功率Pdc和所有海上交流风机送出的总有功功率Pac，使得组合型换流器传输的总有功功率恒小于Pdc+Pac。
本发明的有益效果是：本发明控制方法针对上述任一种远海风电场拓扑结构，采用组合型换流器汇集海上直流风机子区域(包括多个海上直流风机)送出的有功功率与海上交流风机子区域(包括多个海上交流风机)送出的有功功率。通过优化海上直流风机子区域送出的有功功率与海上交流风机子区域送出的有功功率二者的相对大小，使得组合型换流器传输的总有功功率恒小于上述两种有功功率的加和，这可大大减小组合型换流器具体的是组合型换流器中第一换流单元的实际传输功率，甚至使其实际传输功率为零，从而大大减小了第一换流单元的损耗，极大提高其可靠性与经济性。
进一步，Pdc和Pac满足：
Figure BDA0002216889250000061
其中，E1表示所述组合型换流器的第一直流端口的直流电压大小，E2表示所述组合型换流器的第二直流端口的直流电压大小。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种远海风电场拓扑结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种采用交流汇集直流外送的海上风电场拓扑结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种采用直流汇集直流外送的远海风电场拓扑结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种远海风电场拓扑结构具体示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电阻型接地系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种电容型接地系统的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的第二换流单元或第三换流单元的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的第二换流单元或第三换流单元的另一种结构示意图；
图9为本发明实施例提供的第二换流单元或第三换流单元的另一种结构示意图；
图10为本发明实施例提供的第二换流单元或第三换流单元的另一种结构示意图；
图11为本发明实施例提供的第二换流单元或第三换流单元的另一种结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1为海上直流风机子区域，2、第一直流电缆，3、能量汇集系统，31、组合型换流器，311、第一换流单元，312、第二换流单元，313、第三换流单元，314、公共交流母线，32、接地系统，33、滤波系统，4、海上交流风电场子区域，5、交流电缆，6、第一限流电抗器，7、第二限流电抗器，8、第二直流电缆，
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
一种远海风电场拓扑结构100，如图1所示，包括：多个海上直流风机，多个海上交流风机，组合型换流器；
组合型换流器的第一直流端口通过第一限流电抗器连接至第一直流电缆，再通过所述第一直流电缆连接至每个所述海上直流风机；交流端口通过交流电缆连接至每个所述海上交流风电场；第二直流端口通过第二限流电抗器连接至第二直流电缆，再通过所述第二直流电缆外接至岸上换流站，用于同时汇集海上直流风机和海上交流风机送出的能量并用高压直流的形式外送至所述岸上换流站。
如图2所示，现有的一种典型的采用交流汇集直流外送的海上风电场拓扑结构，其特点在于：海上交流风机先通过交流电缆汇集至海上换流平台，通过海上换流平台将交流风机输出的交流电转换成高压直流电后，再通过直流电缆外送至岸上换流站。其局限性在于该拓扑方案无法汇集海上直流风机或者海上直流风电场送出的有功功率。如图3所示，现有的一种典型的采用直流汇集直流外送的远海风电场拓扑结构，其特点在于：海上直流风机送出的有功功率先通过直流电缆汇集至海上升压平台，海上升压平台将海上直流风电场的中压直流电压提升至高压直流电压后，再通过直流电缆外送至岸上换流站。其局限性在于该拓扑方案无法汇集海上交流风机或者海上交流风电场送出的有功功率。
如图1所示，本实施例在远海风电场拓扑结构中同时引入海上直流风机和海上交流风机，可应用于海上风电场内部同时包含直流风机和交流风机的应用场景。另外，采用组合型换流器，作为能量汇集部分，将海上直流风机和海上交流风机送进来的能量进行直流-交流变换或直流升压，以将直流电能以高压直流的形式外送至岸上换流站，可靠高效。同时，对于组合型的换流器，可通过规划组合型换流器内部的电流流向，以用较小的换流器容量和较低的运行损耗同时汇集海上交流风机子区域和海上直流风机子区域，从而能够有效避免当海上风电场的输出最大电容量较大时导致单一换流器容量较大进而存在换流站体积大、成本高的问题，极大提高远海风电场的大规模开发建设的灵活性与经济性，实用性较强，可靠性较高。
需要说明的是，多个海上直流风机串并联后，仅有一个端口与组合型换流器的第一直流端口连接；多个海上交流风机串并联后，仅有一个端口与组合型换流器的交流端口连接。
优选的，如图4所示，组合型换流器包括：第一换流单元，第二换流单元，以及第三换流单元，分别用于实现交流电与直流电之间的相互转换；
第一换流单元的正极直流母线连接至第二换流单元的负极直流母线，第一换流单元的负极直流母线连接至第三换流单元的正极直流母线；第一换流单元的正、负极直流母线构成所述第一直流端口；第二换流单元的正极直流母线与第三换流单元的负极直流母线构成所述第二直流端口；第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元的交流母线分别连接公共交流母线，所述公共交流母线作为所述交流端口。
优选的，拓扑结构100还包括：接地系统和滤波系统。其中，接地系统连接第一直流端口、第二直流端口或交流端口(每个端口中的一个或两个接口)，用于给组合型换流器提供接地点；滤波系统连接至上述公共交流母线，用于抑制公共交流母线上的电压谐波或电流谐波。
例如，远海风电场拓扑包含海上直流风机子区域1、第一直流电缆2、能量汇集系统3、海上交流风电场子区域4、交流电缆5、第一限流电抗器6、第二限流电抗器7、第二直流电缆8：
能量汇集系统3由组合型换流器31、接地系统32、滤波系统33三部分构成，并且能量汇集系统3包含三个外部端口：即第一直流端口、第二直流端口、交流端口。第一直流端口先通过第一限流电抗器6连接至第一直流电缆2，然后再通过第一直流电缆2连接至海上直流风机子区域1；第二直流端口先通过第二限流电抗器7连接至第二直流电缆8，然后再通过第二直流电缆8连接至岸上换流站；第一交流端口通过交流电缆5连接至海上交流风机子区域4。
组合型换流器31由第一换流单元311、第二换流单元312、第三换流单元313、公共交流母线314通过特定的连接方式组合而成。换流单元用于实现交流电与直流电之间的相互转换。第一换流单元311的正极直流母线连接至第二换流单元312的负极直流母线，第一换流单元311的负极直流母线连接至第三换流单元313的正极直流母线，第三换流单元313的负极直流母线先通过第二限流电抗器7连接至第二直流电缆8，再进一步通过第二直流电缆8连接至岸上换流站的负极，第二换流单元312的正极直流母线先通过第二限流电抗器7连接至第二直流电缆8，再进一步通过第二直流电缆8连接至岸上换流站的正极。第一换流单元311的正极直流母线和负极直流母线构成组合型换流器31的第一直流端口；第二换流单元312的正极直流母线与第三换流单元313的负极直流母线构成组合型换流器31的第二直流端口；第一换流单元311、第二换流单元312、第三换流单元313的交流母线分别连接至同一公共交流母线314，该公共交流母线314即为能量汇集系统3的第一交流端口。
滤波系统33连接至公共交流母线314，用于抑制公共交流母线314上的电压和电流谐波。滤波系统33是由电感、电容、电阻三者通过一定的连接形式构成的无源滤波系统，或者是有源电力滤波系统，或者是由无源滤波系统和有源电力滤波系统构成的混合电力滤波系统。
接地系统32连接于第一换流单元311的正极直流母线和负极直流母线之间，共包含三个端口，用于给能量汇集系统提供接地点。接地系统32的第一端口连接至第一换流单元311的正极直流母线，接地系统32的第二端口连接至第一换流单元311的负极直流母线，接地系统32的第三端口直接连接至接地点或者通过直流电缆连接至接地点。
例如，如图5所示，一种典型的电阻型接地网络。电阻型接地系统连接于第一换流单元311的正极直流母线和负极直流母线之间，共包含三个端口，用于给能量汇集系统提供接地点。电阻型接地系统的第一端口连接至第一换流单元311的正极直流母线，电阻型接地系统的第二端口连接至第一换流单元311的负极直流母线，电阻型接地系统的第三端口直接连接至接地点或者通过直流电缆连接至接地点。如图6所示，一种典型的电容型接地网络。电容型接地系统连接于第一换流单元311的正极直流母线和负极直流母线之间，共包含三个端口，用于给能量汇集系统提供接地点。所述电容型接地系统的第一端口连接至第一换流单元311的正极直流母线，电容型接地系统的第二端口连接至第一换流单元311的负极直流母线，电容型接地系统的第三端口直接连接至接地点或者通过直流电缆连接至接地点。
优选的，第一换流单元311由电压源换流器构成，电压源换流器的交流端口直接连接至公共交流母线314。
优选的，第一换流单元311包括交流变压器以及一个或多个电压源换流器，当有多个电压源换流器时，多个电压源换流器之间串联组合、并联组合或串并联组合，用于增大电压源换流器的输送容量。交流变压器串并联组合后，一侧绕组与电压源换流器的交流侧连接，另一侧绕组连接至公共交流母线，用于实现电压源换流器与公共交流母线间的电气隔离及匹配电压源换流器的交流端口电压与公共交流母线的电压。
例如，电压源换流器为由全控型电力电子器件构成的全控型电压源换流器，包括三相两电平全控型电压源换流器、二极管钳位型三电平电压源换流器、T型三电平电压源换流器、模块化多电平换流器(MMC)，其中，模块化多电平换流器包括半桥型模块化多电平换流器(例如，换流器的桥臂由半桥子模块级联而成)、子模块混合型模块化多电平换流器(例如，换流器的桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联而成；再例如，换流器的桥臂由半桥子模块和钳位型子模块级联而成)、全桥型模块化多电平换流器(例如，换流器的桥臂由全桥子模块级联而成)。上述子模块混合型模块化多电平换流器是指由半桥子模块、全桥子模块、中点箝位型子模块、交叉连接双子模块、自阻型子模块五类子模块中的任意两种子模块组合构成的子模块混合型模块化多电平换流器。另外，电压源换流器还可以为由晶闸管等半控型电力电子器件构成的半控型电压源换流器。电压源换流器的交流侧运行频率是工频，或者中频，或者高频。
优选的，第二换流单元和/或第三换流单元包括：一个不可控整流器或电压源换流器，一个或多个换流变压器，以及一个旁路开关。其中，每个换流变压器的一个绕组连接至公共交流母线，其它绕组连接至不可控整流器或电压源换流器的交流端口；不可控整流器或电压源换流器的正、负极直流母线为其对应换流单元的正、负极直流母线，旁路开关跨接在不可控整流器或电压源换流器的正、负极直流母线上，用于在该换流单元发生故障时闭合，以将该换流单元旁路。
示例1，第二换流单元312由一个十二脉波不可控整流器312-1、一个三相三绕组换流变压器312-2、一个旁路开关312-3构成。三相三绕组换流变压器312-2的一个绕组连接至组合型换流器31内部的公共交流母线314，此公共交流母线314连接至能量汇集系统3的第一交流端口。三相三绕组换流变压器312-2的另外两个绕组分别连接至十二脉波不可控整流器312-1的交流端口。旁路开关312-3跨接在十二脉波不可控整流器312-1的正负极母线之间，用于在第二换流单元312发生故障时闭合，将第二换流单元312进行旁路，维持组合型换流器31非故障区域的持续运行。
第三换流单元313由一个十二脉波不可控整流器313-1、一个三相三绕组换流变压器313-2、一个旁路开关313-3构成。三相三绕组换流变压器313-2的一个绕组连接至组合型换流器31内部的公共交流母线314，此公共交流母线314即能量汇集系统3的第一交流端口。三相三绕组换流变压器313-2的另外两个绕组分别连接至十二脉波不可控整流器313-1的交流端口。旁路开关313-3跨接在十二脉波不可控整流器313-1的正负极母线之间，用于在第三换流单元313发生故障时闭合，将第三换流单元313进行旁路，维持组合型换流器31非故障区域的持续运行。
示例2，如图7所示，第二换流单元312或者第三换流单元313由一个六脉波不可控整流器312-4、一个三相双绕组换流变压器312-5、一个旁路开关312-6。构成三相双绕组换流变压器312-5的一个绕组连接至组合型换流器31内部的公共交流母线314，即第一交流端口。所述三相双绕组换流变压器312-5的另外一个绕组连接至六脉波不可控整流器312-4的交流端口。旁路开关312-6跨接在六脉波不可控整流器312-4的正负极母线之间，用于在六脉波不可控整流器312-4发生故障时闭合，将六脉波不可控整流器312-4进行旁路，维持组合换流器31非故障区域的持续运行。
示例3，如图8所示，第二换流单元312或者第三换流单元313由一个十二脉波不可控整流器312-7、三个单相三绕组换流变压器312-8、一个旁路开关312-9构成。单相三绕组换流变压器312-8的一个绕组连接至组合型换流器31内部的公共交流母线314。单相三绕组换流变压器312-8另外两个绕组连接至十二脉波不可控整流器312-7的交流端口。旁路开关312-9跨接在十二脉波不可控整流器312-7的正负极母线之间，用于在十二脉波不可控整流器312-7发生故障时闭合，将十二脉波不可控整流器312-7进行旁路，维持组合换流器31非故障区域的持续运行。
示例4，如图9所示，第二换流单元312或者第三换流单元313由一个十二脉波不可控整流器312-10、六个单相双绕组换流变压器312-11、一个旁路开关312-12构成。单相双绕组换流变压器312-11的一个绕组连接至组合型换流器31内部的公共交流母线314。单相双绕组换流变压器312-11的另外一个绕组连接至十二脉波不可控整流器312-10的交流端口。所述旁路开关312-12跨接在十二脉波不可控整流器312-10的正负极母线之间，用于在十二脉波不可控整流器312-10发生故障时闭合，将十二脉波不可控整流器312-10进行旁路，维持组合换流器31非故障区域的持续运行。
示例5，如图10所示，第二换流单元312或者第三换流单元313由一个双十二脉波不可控整流器312-13、十二个单相双绕组换流变压器312-14、两个旁路开关312-15构成。单相双绕组换流变压器312-14的一个绕组连接至组合型换流器31内部的公共交流母线314。单相双绕组换流变压器312-14的另外一个绕组连接至双十二脉波不可控整流器312-13的交流端口。所述旁路开关跨接在双十二脉波不可控整流器312-13的正负极母线之间，用于在双十二脉波不可控整流器312-13发生故障时闭合，将双十二脉波不可控整流器312-13进行旁路，维持组合换流器31非故障区域的持续运行。
示例6，如图11所示，第二换流单元312或者第三换流单元313由一个电压源换流器312-16、一个三相双绕组换流变压器312-17、一个旁路开关构成312-18。三相双绕组换流变压器312-17的一个绕组连接至组合型换流器31内部的公共交流母线314、即第一交流端口。所述三相三绕组换流变压器312-17另外一个绕组连接至电压源换流器312-16的交流端口。旁路开关312-18跨接在电压源换流器312-16的正负极母线之间，用于在电压源换流器312-16发生故障时闭合，将电压源换流器312-16进行旁路，维持组合换流器31非故障区域的持续运行。
在换流单元中引入旁路开关，在某一换流单元发生故障时，该换流单元中的旁路开关闭合，以将该换流单元旁路，以维持其他换流单元的持续运行。
优选的，旁路开关为：高速机械开关，由电力电子器件构成的固态开关，或者，由高速机械开关与固态开关并联后构成的混合开关。
采用上述高速机械开关、固态开关、混合开关，可以在换流单元发生故障时，快速高效的闭合，以进一步保证结构的稳定运行。
实施例二
一种远海风电场拓扑结构的控制方法，记海上直流风电场子区域送出的有功功率大小为Pdc，海上交流风电场子区域送出的有功功率大小为Pac，能量汇集系统的第一直流端口之间的直流电压大小为E1，能量汇集系统的第二直流端口之间的直流电压大小为E2。那么第一换流单元311中电压源换流器传输的有功功率大小PVSC可以表示为：
Figure BDA0002216889250000141
由上式可以看到，当Pdc与Pac满足如下大小关系时，PVSC恒等于零。
Figure BDA0002216889250000142
当PVSC恒等于零时，表明第一换流单元311中电压源换流器的传输的直流电流为零，海上直流风电场子区域送出的有功功率Pdc和海上交流风电场子区域送出有功功率Pac全部通过第二换流单元312和第三换流单元313来进行传输，从而减小了第一换流单元311的体积与损耗。
第二换流单元312和第三换流单元313的有功功率大小之和PDR可以表示为：
Figure BDA0002216889250000151
从上式可以看到，无论Pdc与Pac如何变化，第二换流单元312和第三换流单元313传输的有功功率之和PDR恒小于能量汇集系统汇集的总有功功率Pdc+Pac。
以上分析表明，通过优化海上直流风电场子区域送出的有功功率Pdc的大小与海上交流风电场子区域送出有功功率Pac的大小，可以减小能量汇集系统中换流单元的容量与损耗，从而降低海上换流平台的成本与制造难度。
无论海上直流风机子区域送出的有功功率与海上交流风机子区域送出的有功功率二者的大小如何变化，第二换流单元以及第三换流单元传输的有功功率之和都恒小于海上直流风机子区域送出的有功功率与海上交流风机子区域送出的有功功率二者之和，从而减小了第二换流单元以及第三换流单元的容量与损耗。避免了现有远海风电场无法同时汇集海上直流风机与海上交流风机，且海上平台体积和重量较大、换流器容量以及损耗较高等问题。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种远海风电场拓扑结构的控制方法，其特征在于，包括：
采用一种远海风电场拓扑结构，其包括：多个海上直流风机，多个海上交流风机，组合型换流器；
所述组合型换流器的第一直流端口通过第一限流电抗器连接至第一直流电缆，再通过所述第一直流电缆连接至每个所述海上直流风机；交流端口通过交流电缆连接至每个所述海上交流风机；第二直流端口通过第二限流电抗器连接至第二直流电缆，再通过所述第二直流电缆外接至岸上换流站，用于同时汇集海上直流风机和海上交流风机送出的能量并用高压直流的形式外送至所述岸上换流站；
所述组合型换流器包括：第一换流单元，第二换流单元，以及第三换流单元，分别用于实现交流电与直流电之间的相互转换；
第一换流单元的正极直流母线连接至第二换流单元的负极直流母线，第一换流单元的负极直流母线连接至第三换流单元的正极直流母线；第一换流单元的正、负极直流母线构成所述第一直流端口；第二换流单元的正极直流母线与第三换流单元的负极直流母线构成所述第二直流端口；第一换流单元、第二换流单元、第三换流单元的交流母线分别连接公共交流母线，所述公共交流母线作为所述交流端口；
所述第二换流单元和/或所述第三换流单元包括：一个不可控整流器或电压源换流器，一个或多个换流变压器，以及一个旁路开关；
每个所述换流变压器的一个绕组连接至所述公共交流母线，其它绕组连接至所述不可控整流器或电压源换流器的交流端口；
所述不可控整流器或电压源换流器的正、负极直流母线为其对应换流单元的正、负极直流母线，所述旁路开关跨接在所述不可控整流器或电压源换流器的正、负极直流母线上，用于在该换流单元发生故障时闭合，以将该换流单元旁路；
所述不可控整流器为十二脉波不可控整流器或六脉波不可控整流器；
所述换流变压器为三相三绕组换流变压器、三相双绕组换流变压器、单相三绕组换流变压器或单相双绕组换流变压器；
在所述远海风电场拓扑结构运行时，所述海上直流风电场发出的电能在所述组合型换流器内部的流向路径有两条：一部分电能PDR直接通过所述第二换流单元和所述第三换流单元流向岸上换流站，另一部分电能PVSC先后通过所述第一换流单元、所述公共交流母线之后，再进一步流向所述第二换流单元和所述第三换流单元，最终流向岸上换流站；
根据所述远海风电场拓扑结构中所有海上直流风机送出的总有功功率Pdc和所有海上交流风机送出的总有功功率Pac，通过控制所述组合型换流器的第二直流端口的直流电压大小E2与所述组合型换流器的第一直流端口的直流电压大小E1的比例，使得组合型换流器传输的总有功功率恒小于Pdc+Pac，以降低系统运行时第一换流单元的容量和损耗。
2.根据权利要求1所述的一种远海风电场拓扑结构的控制方法，其特征在于，E1和E2满足：
Figure FDA0003066190910000021
3.根据权利要求1所述的一种远海风电场拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述拓扑结构还包括：接地系统和滤波系统；
所述接地系统，连接所述第一直流端口、所述第二直流端口和所述交流端口三者中的任意一个，用于给所述组合型换流器提供接地点；
所述滤波系统，连接至所述公共交流母线，用于抑制所述公共交流母线上的电压谐波或电流谐波。
4.根据权利要求1所述的一种远海风电场拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述第一换流单元包括交流变压器以及一个或多个电压源换流器，当有多个电压源换流器时，多个电压源换流器之间串联组合、并联组合或串并联组合，用于增大电压源换流器的输送容量；
所述交流变压器的一侧绕组与电压源换流器的交流侧连接，另一侧绕组连接至所述公共交流母线，用于实现所述电压源换流器与所述公共交流母线间的电气隔离及匹配所述电压源换流器的交流端口电压与所述公共交流母线的电压。
5.根据权利要求1所述的一种远海风电场拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述不可控整流器为两个通过正、负直流母线连接的十二脉波不可控整流器，则所述一个或多个换流变压器为十二个单相双绕组换流变压器；所述旁路开关有两个，分别一一对应的跨接在两个十二脉波不可控整流器的正、负极直流母线上。
6.根据权利要求1所述的一种远海风电场拓扑结构的控制方法，其特征在于，所述旁路开关为：高速机械开关，由电力电子器件构成的固态开关，或者，由高速机械开关与固态开关并联后构成的混合开关。
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