CN112600246B - 一种海上风电柔性直流并网系统及其启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风电柔性直流并网系统及其启动方法，海上风电柔性直流并网系统包括：交流电网、陆上换流站、直流电缆、海上换流站、海上风电场，陆上换流站包括陆上换流站交流场、陆上换流器；海上换流站包括海上换流器、海上换流站交流场；交流电网通过陆上换流站交流场与陆上换流器交流侧连接，陆上换流器直流侧通过直流电缆与海上换流器直流侧连接，海上换流器的交流侧通过海上换流站交流场与海上风电场连接。本发明提供的启动方法，通过控制海上换流器交流电压斜率上升下降并配合相应的开关操作，实现换流站多个变压器的软启动，节省了运行成本，有效提高风电直流并网系统的安全运行水平。

Description

一种海上风电柔性直流并网系统及其启动方法
技术领域
本发明涉及海上风电并网技术领域，具体涉及一种海上风电柔性直流并网系统及其启动方法。
背景技术
海上风电并网主要有交流并网和直流并网，输电距离在80公里以内的近海风电，可以采用交流并网方式送出；对于离岸距离较远，传输容量较大的远海风电，从技术经济性角度考虑，则必须采用直流并网方式送出，和近海相比，远海具有更广阔的海域资源和更庞大的风能储备。当前全球海上风电开发正由近海岸向远海岸推进，柔性直流输电系统由于运行方式灵活，具备无源运行能力的特点，已成为远海风电并网的主流技术手段。目前，海上风电柔性直流送出系统的启停顺序控制方法未提及对变压器的启动充电过程，若启动控制中合闸策略不当，会导致海上换流站变压器充电过程中出现较大的励磁涌流，进而导致换流器等设备过流保护，且未考虑启动过程中辅助系统供电，存在无法确保海上风电直流并网系统可靠启动的问题。
发明内容
因此，本发明提供的一种海上风电柔性直流并网系统及其启动方法，克服了现有技术中无法确保海上风电直流并网系统可靠启动的缺陷。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，一种海上风电柔性直流并网系统，包括：交流电网、陆上换流站、直流电缆、海上换流站、海上风电场，其中，陆上换流站包括陆上换流站交流场、陆上换流器；海上换流站包括海上换流器、海上换流站交流场；交流电网通过陆上换流站交流场与陆上换流器交流侧连接，陆上换流器直流侧通过直流电缆与海上换流器直流侧连接，海上换流器的交流侧通过海上换流站交流场与海上风电场连接。
在一实施例中，所述陆上换流站交流场包括：依次连接的第一开关、第一变压器、第二开关。
在一实施例中，海上换流站交流场包括至少一个变压器支路、开关模块包括至少一个第三开关；海上风电场模块包括至少一个风力发电场；每个变压器支路依次与至少一个第三开关、至少一个风力发电场对应连接，其中，第三开关的个数与风力发电场的个数相等；每个变压器支路包括依次连接的第四开关、第二变压器、第五开关。
在一实施例中，各个支路中第五开关的一端通过风电场侧交流母线互联开关相互连接，另一端连接第二变压器。
第二方面，本发明实施例提供一种海上风电柔性直流并网系统的启动方法，基于第一方面所述的海上风电柔性直流并网系统，其特征在于，包括如下步骤：
启动海上换流站的后备电源，当陆上换流器直流侧电压大于第一预设阈值时，启动陆上换流器的定直流电压控制模式，解锁陆上换流器；
当海上换流器直流侧电压值大于第二预设阈值时，启动海上换流器的无源交流电压控制模式，解锁海上换流器；
当海上换流器的输出交流电压达到预设条件时，对风电场侧交流母线进行充电；
当海上换流站风电场侧交流母线达到预设电压并持续该预设电压第一预设时间后，完成海上换流站的启动。
在一实施例中，启动海上换流站的后备电源，当陆上换流器直流侧电压大于第一预设阈值时，启动陆上换流器的定直流电压控制模式，解锁陆上换流器，包括：
启动海上换流站的后备电源，闭合第一开关，对第一变压器进行充电，闭合第二开关，对陆上和海上换流器充电，当陆上换流器直流侧电压大于第一预设阈值时，启动陆上换流器的定直流电压控制模式，解锁陆上换流器。
在一实施例中，对风电场侧交流母线进行充电的步骤包括：
S31：启动海上换流器的无源交流电压控制模式；
S32:海上换流器的交流电压从零按第一预设斜率上升至第三预设阈值，当交流电压在第三预设阈值稳定第二预设时间后，再控制交流电压按第二预设斜率下降至第四预设阈值，闭合第四开关，控制换流站交流电压从第四预设阈值按第三预设斜率上升至第五预设阈值，对第二变压器进行充电；
S33:当海上换流站交流场包括多个变压器支路时，返回步骤S32，依次对各个变压器支路进行充电，直至与各个支路上对应连接的第二变压器全部完成充电；当海上换流站交流场包括一个支路时，执行步骤S34；
S34:当第二变压器充电电压大于第六预设阈值，闭合第五开关，对风电场侧交流母线进行充电。
在一实施例中，根据各个变压器支路的故障或运行状况，闭合或断开母线互联开关。
在一实施例中，还包括：当海上换流站风电场侧交流母线电压稳定第一预设时间后，海上换流站启动完成，闭合第三开关，对海上风电场进行充电。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的海上风电柔性直流并网系统及其启动方法，海上风电柔性直流并网系统包括：交流电网、陆上换流站、直流电缆、海上换流站、海上风电场，其中，陆上换流站包括陆上换流站交流场、陆上换流器；海上换流站包括海上换流器、海上换流站交流场；交流电网通过陆上换流站交流场与陆上换流器交流侧连接，陆上换流器直流侧通过直流电缆与海上换流器直流侧连接，海上换流器的交流侧通过海上换流站交流场与海上风电场连接。本发明提供的海上风电柔性直流并网系统的启动方法，通过控制海上换流器交流电压斜率上升下降并配合相应的开关操作，实现换流站多个变压器的软启动，节省了运行成本，有效提高风电直流并网系统的安全运行水平，确保海上风电直流并网系统可靠启动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的海上风电柔性直流并网系统的一个具体示例的组成图；
图2为本发明实施例提供的海上风电柔性直流并网系统的另一个具体示例的组成图；
图3为本发明实施例提供的海上风电柔性直流并网系统的启动方法的一个具体示例的流程图；
图4为本发明实施例提供的海上风电柔性直流并网系统的启动方法的对交流母线进行充电的一个具体示例的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供的一种海上风电柔性直流并网系统，当接入点电压较低(如66V时)，仅以此举例，不以此为限，在实际应用中根据实际电压值进行选择。如图1所示，包括：交流电网、陆上换流站、直流电缆、海上换流站、海上风电场，其中，陆上换流站包括陆上换流站交流场、陆上换流器；海上换流站包括海上换流器、海上换流站交流场；交流电网通过陆上换流站交流场与陆上换流器交流侧连接，陆上换流器直流侧通过直流电缆与海上换流器直流侧连接，海上换流器的交流侧通过海上换流站交流场与海上风电场连接。
在本发明实施例中，陆上换流站交流场包括：依次连接的第一开关Q11、第一变压器T1、第二开关Q12；在实际应用中，陆上换流站交流场的结构还可以为：依次连接的第一开关Q11、第一变压器T1，仅以此举例，不以此为限，在实际应用中根据实际需求选择相应的结构。
在本发明实施例中，海上换流站交流场包括至少一个变压器支路、开关模块包括至少一个第三开关(Q31/Q32)；海上风电场模块包括至少一个风力发电场(wind powerpark,WPP)；每个变压器支路依次与至少一个第三开关(Q31/Q32)、至少一个风力发电场WPP对应连接，其中，第三开关的个数与风力发电场的个数相等；每个变压器支路包括依次连接的第四开关Q21、第二变压器T2、第五开关Q23。如图1所示，Q22、T3、Q24组成另一变压器支路，同时，每个支路可以连接多个第三开关，每个第三开关对应连接一个风力发电场WPP，仅以此举例，不以此为限，在实际应用中根据实际需求设置相应数值的支路。
在本发明实施例中，各个支路中第五开关Q23的一端通过风电场侧交流母线互联开关Q4相互连接，另一端连接第二变压器T2，Q4可采用隔离刀闸或断路器，仅以此举例，不以此为限，在实际应用中根据实际需求进行选择。
在另一实施例中，当接入点电压较高(如155kV、220kV、380kV时)，仅以此举例，不以此为限，在实际应用中根据实际电压值进行选择。在图1的基础上，采用海上升压站方式，实现较高电压的接入，如图2所示。
本发明实施例提供的海上风电柔性直流并网系统，海上风电柔性直流并网系统包括：交流电网、陆上换流站、直流电缆、海上换流站、海上风电场，其中，陆上换流站包括陆上换流站交流场、陆上换流器；海上换流站包括海上换流器、海上换流站交流场；交流电网通过陆上换流站交流场与陆上换流器交流侧连接，陆上换流器直流侧通过直流电缆与海上换流器直流侧连接，海上换流器的交流侧通过海上换流站交流场与海上风电场连接。各个支路中第五开关的一端通过母线互联开关相互连接，根据各个充电支路的故障或运行状况，闭合或断开母线互联开关，节省了运行成本，从而实现海上风电柔性直流并网系统的安全启动，确保海上风电直流并网系统可靠启动。
实施例2
本发明实施例提供的一种海上风电柔性直流并网系统的启动方法，基于实施例1的海上风电柔性直流并网系统，如图3所示，包括如下步骤：
步骤S1：启动海上换流站的后备电源，当陆上换流器直流侧电压大于第一预设阈值时，启动陆上换流器的定直流电压控制模式，解锁陆上换流器。
在本发明实施例中，启动海上换流站的备用电源，如：柴油发电机，仅以此举例，不以此为限，在实际应用中根据实际需求选择相应的备用电源，维持启动开始前海上换流站控制保护系统和必要的辅助系统的正常运行，当陆上换流器直流侧电压大于第一预设阈值时，启动陆上换流器的定直流电压控制模式，解锁陆上换流器，包括：启动海上换流站的后备电源，维持启动开始前海上换流站控制保护系统和必要的辅助系统的正常运行，闭合第一开关Q11，对第一变压器T1进行充电，闭合第二开关Q12，对陆上和海上换流器充电，当陆上换流器直流侧电压大于第一预设阈值时，解锁陆上换流器，第一预设阈值根据实际需求进行相应的选取，在此不作限制，交流电网通过陆上换流站交流场对陆上换流器、直流电缆、海上换流器、及其它直流侧设备(如直流侧耗能装置等)进行充电，仅以此举例，不以此为限，在实际应用中根据实际需求进行相应充电。
步骤S2：当海上换流器直流侧电压值大于第二预设阈值时，启动海上换流器的无源交流电压控制模式，解锁海上换流器。
在本发明实施例中，当海上换流器直流电压值大于第二预设阈值时(即上升至某一电压值)，启动海上换流器的无源交流电压控制模式，解锁海上换流站，第二预设阈值根据实际需求进行相应的选取，在此不作限制，海上换流站的解锁指令由柔直控制系统发送。
步骤S3：当海上换流器的输出交流电压达到预设条件时，对风电场侧交流母线进行充电。
在本发明实施例中，如图4所示，对交流母线进行充电的步骤包括：
S31：启动海上换流站的无源交流电压控制模式；
S32:海上换流器的交流电压从零按第一预设斜率上升至第三预设阈值，当交流电压在第三预设阈值稳定第二预设时间后，再控制交流电压按第二预设斜率下降至第四预设阈值，闭合第四开关Q21，控制换流站交流电压从第四预设阈值按第三预设斜率上升至第五预设阈值，对第二变压器T2进行充电；
S33:当海上换流站交流场包括多个变压器支路时，返回步骤S32，依次对各个变压器支路进行充电，直至与各个支路上对应连接的第二变压器全部完成充电；当海上换流站交流场包括一个支路时，执行步骤S34；
S34:当第二变压器充电电压大于第六预设阈值，闭合第五开关Q23，对风电场侧交流母线进行充电。
需要说明的是，上述中第一预设斜率、第三预设阈值、第二预设时间、第二预设斜率、第四预设阈值、第三预设斜率、第五预设阈值、第六预设阈值根据实际需求进行相应的设置，在此不作限制。
在本发明实施例中，通过控制海上换流器交流电压斜率的上升下降并配合相应的开关操作，实现换流站多个变压器的软启动，既可以抑制变压器充电过程中励磁涌流的出现，同时，也不需要采用额外的设备，节省了成本，有效提高风电直流并网系统的安全运行水平，对于前级风电场交流汇集平台的充电也同样适用，可以进一步避免变压器充电启动过程中的励磁涌流。
在一具体实施例中，启动海上换流器的无源交流电压控制，控制换流器交流电压从零按斜率缓慢上升至0.9pu，待电压稳定一段时间后，再控制换流器交流电压斜率下降至0.1pu；闭合海上换流器交流侧开关Q21，控制换流器交流电压从0.1pu按斜率缓慢上升至0.9pu，对变压器T2进行充电；当有多个支路时，依次重复上述步骤，直至所有支路上的变压器完成充电；控制海上站换流器将交流电压从0.9pu上升到额定值，闭合变压器T2风场侧开关Q23，对风电场侧交流母线进行充电。
步骤S4：当海上换流站风电场侧交流母线达到预设电压并持续该预设电压第一预设时间后，完成海上换流站的启动。
在本发明实施例中，当海上换流站风电场侧交流母线电压稳定第一预设时间后，海上换流站启动完成，闭合第三开关，对海上风电场进行充电。第一预设时间根据实际进行相应设置，在此不作限制。
在本发明另一实施例中，如图2所示，当接入点电压较高时，采用海上风电升压站方式，如有必要(Q33、T4)的充电模式可采用和(Q21、T2)相同的充电模式。
在本发明实施例中，根据各个变压器支路的故障或运行状况，闭合或断开母线互联开关。如图1所示，当变压器T2、T3、均正常运行的情况，Q4可以处于断开状态，也可以处于闭合状态。在某个变压器支路的风场连接的变压器(如T2)故障退出运行的情况下，需要对变压器T2对应连接的海上风电场WPP进行启动，此时，柔直控制系统发送的闭合Q4指令、闭合Q31指令，将故障变压器所在支路的健全侧转移到另一支路运行，仅以此举例，不以此为限，通过改变海上风电场连接海上换流站风电场侧交流母线的方式，有效提高风电直流并网系统的可靠运行水平。
本发明实施例中提供的海上风电柔性直流并网系统的启动方法，通过控制海上换流器交流电压斜率上升下降并配合相应的开关操作，实现换流站多个变压器的软启动，节省了运行成本，有效提高风电直流并网系统的安全运行水平，确保海上风电直流并网系统可靠启动。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种海上风电柔性直流并网系统的启动方法，其特征在于，海上风电柔性直流并网系统包括：交流电网、陆上换流站、直流电缆、海上换流站、海上风电场，其中，陆上换流站包括陆上换流站交流场、陆上换流器；海上换流站包括海上换流器、海上换流站交流场；交流电网通过陆上换流站交流场与陆上换流器交流侧连接，陆上换流器直流侧通过直流电缆与海上换流器直流侧连接，海上换流器的交流侧通过海上换流站交流场与海上风电场连接；所述陆上换流站交流场包括：依次连接的第一开关、第一变压器、第二开关；海上换流站交流场包括至少一个变压器支路、开关模块包括至少一个第三开关；海上风电场模块包括至少一个风力发电场；每个变压器支路依次与至少一个第三开关、至少一个风力发电场对应连接，其中，第三开关的个数与风力发电场的个数相等；每个变压器支路包括依次连接的第四开关、第二变压器、第五开关；各个支路中第五开关的一端通过风电场侧交流母线互联开关相互连接，另一端连接第二变压器；
所述启动方法包括如下步骤：启动海上换流站的后备电源，当陆上换流器直流侧电压大于第一预设阈值时，启动陆上换流器的定直流电压控制模式，解锁陆上换流器；当海上换流器直流侧电压值大于第二预设阈值时，启动海上换流器的无源交流电压控制模式，解锁海上换流器；当海上换流器的输出交流电压达到预设条件时，对风电场侧交流母线进行充电；当海上换流站风电场侧交流母线达到预设电压并持续该预设电压第一预设时间后，完成海上换流站的启动；
对风电场侧交流母线进行充电的步骤包括：S31：启动海上换流器的无源交流电压控制模式；S32: 海上换流器的交流电压从零按第一预设斜率上升至第三预设阈值，当交流电压在第三预设阈值稳定第二预设时间后，再控制交流电压按第二预设斜率下降至第四预设阈值，闭合第四开关，控制换流站交流电压从第四预设阈值按第三预设斜率上升至第五预设阈值，对第二变压器进行充电；S33:当海上换流站交流场包括多个变压器支路时，返回步骤S32，依次对各个变压器支路进行充电，直至与各个变压器支路上对应连接的第二变压器全部完成充电；当海上换流站交流场包括一个支路时，执行步骤S34；S34:当第二变压器充电电压大于第六预设阈值，闭合第五开关，对风电场侧交流母线进行充电。
2.根据权利要求1所述的海上风电柔性直流并网系统的启动方法，其特征在于，启动海上换流站的后备电源，当陆上换流器直流侧电压大于第一预设阈值时，启动陆上换流器的定直流电压控制模式，解锁陆上换流器，包括：
启动海上换流站的后备电源，闭合第一开关，对第一变压器进行充电，闭合第二开关，对陆上和海上换流器充电，当陆上换流器直流侧电压大于第一预设阈值时，启动陆上换流器的定直流电压控制模式，解锁陆上换流器。
3.根据权利要求1所述的海上风电柔性直流并网系统的启动方法，其特征在于，根据各个变压器支路的故障或运行状况，闭合或断开母线互联开关。
4.根据权利要求1所述的海上风电柔性直流并网系统的启动方法，其特征在于，还包括：当海上换流站风电场侧交流母线电压稳定第一预设时间后，海上换流站启动完成，闭合第三开关，对海上风电场进行充电。
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