CN113452061B - 一种海上风电直流输电系统及其控制方法 - Google Patents

一种海上风电直流输电系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上风电直流输电系统及其控制方法，所述系统的二极管整流器的交流侧和电压源型换流器的交流侧分别经由与其连接的变压器与海上电网连接，且电压源型换流器的交流侧与二极管整流器的交流侧并联；电压源型换流器的直流侧与二极管整流器的直流侧串联，且电压源型换流器的直流侧和二极管整流器的直流侧经由海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至陆上换流站；辅助电缆的一端与海上电网的交流输出侧连接，另一端与陆上电网或其他已经投运的风电场的交流侧连接，用于为海上风电场提供黑启动能量。本发明实施例中换流站的体积较小，适用于海上风电直流送出的应用场合，风电场无需更改原先的跟网型控制策略，适用范围更广。

Description

一种海上风电直流输电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力工程技术领域，尤其涉及一种海上风电直流输电系统及其控制方法。
背景技术
随着海上风电技术的成熟，以及近海区域海上风电的建设日渐饱和，大容量远海风电送出技术逐渐成为研究热点之一。在目前已有的方案中，主要分为集中式送出方案和分布式送出方案两种。集中式送出方案是将所有的风力发电机的交流输出侧进行并联汇流，然后经过一个海上升压站，将几十千伏的电压升至数百千伏的电压，再通过一个海上换流站对其进行交流/直流变换，变换后的高压直流电通过海底线缆传输至陆上换流站再进行直流/交流变换，最终并入陆上高压电网。分布式送出方案一般是将海上风电场分为不同的海上风机群，然后针对单个的风机群分别建立独立的海上升压站与换流站，最终在换流站的直流侧进行电能的汇集，统一通过海底线缆送至岸上。
与陆上风电的输电系统不同，海上风电的输电系统格外重视送端换流站，因为海上平台的建设成本高、技术难度大，且需要大容量直流送出，所以对海上换流站中的系统拓扑的研究格外重要，该拓扑需要满足以下特征：第一，可以支持大功率传输；第二，可以为风电场提供黑启动电源；第三，可以为海上风电场提供稳定的交流电源。
传统的换流站拓扑一般使用基于全控器件的电压源型换流器，例如模块化多电平变换器(MMC变换器)，但是该拓扑体积较大，且单个变换器很难传输超大功率的海上风电，例如2000MW海上风电。还有的使用基于晶闸管的二极管整流器，例如二极管整流器，虽然体积较小，损耗较小，可以传输超大功率的海上风电，但是由于二极管整流器没有控制维度，且是单向传输拓扑，所以无法为海上风电场提供稳定的交流电源，也无法提供黑启动能量。如果单纯使用二极管整流器作为海上换流站拓扑时，不仅需要配备一条用于风电场启动的辅助电缆(交流电缆，从陆上或其他已建海上换流站的交流侧连接至需要启动的海上风电场的交流侧)提供黑启动能量，还需要其风电场中的风机改变原先的跟网型控制策略，变为构网型控制策略，同时，二极管整流器还需要配置额外的滤波器和无功补偿装置，使得单纯使用二极管作为海上换流站的方案不易实现。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种海上风电直流输电系统及其控制方法，该系统换流站的体积较小，适用于海上风电直流送出的应用场合，风电场无需更改原先的跟网型控制策略，适用范围更广。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种海上风电直流输电系统，包括：海上电网、变压器、电压源型换流器、第一二极管整流器、第二二极管整流器、辅助电缆、海底直流电缆、陆上换流站和陆上电网；
所述海上电网主要由海上风电场构成；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，且所述电压源型换流器的交流侧与所述第一二极管整流器的交流侧、所述第二二极管整流器的交流侧并联；
所述电压源型换流器的直流侧与所述第一二极管整流器的直流侧、所述第二二极管整流器的直流侧串联，且所述电压源型换流器的直流侧、所述第一二极管整流器的直流侧和所述第二二极管整流器的直流侧经由所述海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至所述陆上换流站，所述陆上换流站进行交直流变换后，将电能并入所述陆上电网；
所述辅助电缆的一端与所述海上电网的交流输出侧连接，所述辅助电缆的另一端与所述陆上电网或其他已经投运的风电场的交流侧连接，用于为海上风电场提供黑启动能量；
所述海上风电直流输电系统的运行阶段分为风电场启动阶段和的风电场正常运行阶段；
在所述风电场启动阶段，由所述陆上换流站为系统直流侧建立电压，所述辅助电缆投入系统为所述电压源型换流器和所述海上电网中的风电场提供黑启动能量，使得风电场中的风机开始启动，风电场由负载转为电源，所述二极管整流器启动，并断开所述辅助电缆，由所述电压源型换流器提供所述海上电网的电压幅值和频率，风机逐渐并网，系统完成启动；
在所述风电场正常运行阶段，主要由所述二极管整流器传输有功功率，所述电压源型换流器为所述二极管整流器提供换相能量，所述二极管整流器传输的有功功率不大于系统总有功功率的第一阈值，所述电压源型换流器传输的有功功率不小于系统总有功功率的第二阈值；其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。
作为上述方案的改进，所述海上电网包括第一海上电网、第二海上电网和第三海上电网；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第一海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第二海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第三海上电网连接。
作为上述方案的改进，所述电压源型换流器的交流侧并联在所述第一二极管整流器的交流侧和所述第二二极管整流器的交流侧之间；所述第一二极管的直流侧正极与所述海底直流电缆的正极连接，所述第一二极管的直流侧负极与所述电压源型换流器的直流侧正极串联，所述电压源型换流器的直流侧负极与所述第二二极管整流器的直流侧正极串联，所述第二二极管整流器的直流侧负极与所述海底直流电缆的负极连接。
作为上述方案的改进，所述电压源型换流器为基于全控型开关器件的模块化电平变换器。
本发明实施例还提供了一种海上风电直流输电系统的控制方法，应用于上述任一项所述的海上风电直流输电系统，所述方法包括：
获取风电场发出的功率值和所述海上风电直流输电系统的额定功率值；
判断所述风电场发出的功率值是否低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值；
若所述风电场发出的功率值低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制所述二极管整流器停止传输有功功率，并控制陆上换流站和电压源型换流器均采用恒电压控制模式；
若所述风电场发出的功率值不低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制所述陆上换流站采用恒电流控制模式，并根据所述海上风电场发出的功率值实时调节所述海上风电直流输电系统的交流侧电压，以调节所述二极管整流器传输的有功功率。
进一步的，所述二极管整流器的的直流侧电压满足
Figure BDA0003147971290000041
其中，Vdc_dio1表示二极管整流器的直流侧电压，Vpcc表示系统交流侧电压，XT表示变压器等效换相阻抗，Idc表示系统直流侧电流；
所述电压源型换流器的直流侧电压满足Vdc_mmc＝Vdc-Vdc_dio1-Vdc_dio2-Idc·Rcable，；
其中，Vdc_mmc表示电压源型换流器的直流侧电压，Vdc表示系统直流侧电压，Vdc_dio2表示二极管整流器的直流侧电压，Rcable表示海底直流电缆的等效电阻。
本发明实施例还提供了一种海上风电直流输电系统的控制方法，应用于上述任一项所述的海上风电直流输电系统，所述方法包括：
获取风电场发出的功率值和所述海上风电直流输电系统的额定功率值；
判断所述风电场发出的功率值是否低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值；
若所述风电场发出的功率值低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制陆上换流站和电压源型换流器均采用恒电压控制模式，系统直流侧电流根据所述海上风电场发出的功率值变化进行自动调节；
若所述风电场发出的功率值不低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制陆上换流站和电压源型换流器均采用恒电压控制模式，系统直流侧电流根据所述海上风电场发出的功率值变化进行自动调节。
进一步的，所述二极管整流器的的直流侧电压满足Vdc_dio1＝2.7Vpcc；
所述电压源型换流器的直流侧电压满足Vdc_mmc＝Vdc-Vdc_dio1-Vdc_dio2-Idc·Rcable。
本发明实施例还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的海上风电直流输电系统的控制方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任一项所述的海上风电直流输电系统的控制方法。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种海上风电直流输电系统及其控制方法的有益效果在于：包括海上电网、变压器、电压源型换流器、第一二极管整流器、第二二极管整流器、辅助电缆、海底直流电缆、陆上换流站和陆上电网；所述海上电网主要由海上风电场构成；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，且所述电压源型换流器的交流侧与所述第一二极管整流器的交流侧、所述第二二极管整流器的交流侧并联；所述电压源型换流器的直流侧与所述第一二极管整流器的直流侧、所述第二二极管整流器的直流侧串联，且所述电压源型换流器的直流侧、所述第一二极管整流器的直流侧和所述第二二极管整流器的直流侧经由所述海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至所述陆上换流站，所述陆上换流站进行交直流变换后，将电能并入所述陆上电网；所述辅助电缆的一端与所述海上电网的交流输出侧连接，所述辅助电缆的另一端与所述陆上电网或其他已经投运的风电场的交流侧连接，用于为海上风电场提供黑启动能量。本发明实施例既利用了二极管整流器传输功率大、损耗小、体积小的优点，又利用了电压源型换流器可以提供稳定的交流电源、滤除二极管整流器产生的谐波、为二极管整流器提供无功功率的功能。将二极管整流器与电压源型换流器在直流侧串联，降低了每个换流器的电压等级，即降低了每个换流器内关键部分的电气绝缘距离，从而减小了换流站的体积，并使得该拓扑具有较高的功率密度，同时降低了风电场建设成本，且风电场无需更改原先的跟网型控制策略，适用范围更广。
附图说明
图1是本发明提供的一种海上风电直流输电系统的一个优选实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的一种海上风电直流输电方法的一个优选实施例的流程示意图；
图3是本发明提供的一种海上风电直流输电方法的另一个优选实施例的流程示意图；
图4是本发明提供的一种终端设备的一个优选实施例的结构示意图；
其中，1、第一海上电网；2、第二海上电网；3、第三海上电网；4、第一二极管整流器及与其连接的变压器；5、电压源型换流器及与其连接的变压器；6、第二二极管整流器及与其连接的变压器；7、辅助电缆；8、海底直流电缆；9、陆上换流站与陆上电网。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
请参阅图1，图1是本发明提供的一种海上风电直流输电系统的一个优选实施例的结构示意图。所述海上风电直流输电系统，包括：海上电网、变压器、电压源型换流器、第一二极管整流器、第二二极管整流器、辅助电缆、海底直流电缆、陆上换流站和陆上电网；
所述海上电网主要由海上风电场构成；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，且所述电压源型换流器的交流侧与所述第一二极管整流器的交流侧、所述第二二极管整流器的交流侧并联；
所述电压源型换流器的直流侧与所述第一二极管整流器的直流侧、所述第二二极管整流器的直流侧串联，且所述电压源型换流器的直流侧、所述第一二极管整流器的直流侧和所述第二二极管整流器的直流侧经由所述海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至所述陆上换流站，所述陆上换流站进行交直流变换后，将电能并入所述陆上电网；
所述辅助电缆的一端与所述海上电网的交流输出侧连接，所述辅助电缆的另一端与所述陆上电网或其他已经投运的风电场的交流侧连接，用于为海上风电场提供黑启动能量；
所述海上风电直流输电系统的运行阶段分为风电场启动阶段和的风电场正常运行阶段；
在所述风电场启动阶段，由所述陆上换流站为系统直流侧建立电压，所述辅助电缆投入系统为所述电压源型换流器和所述海上电网中的风电场提供黑启动能量，使得风电场中的风机开始启动，风电场由负载转为电源，所述二极管整流器启动，并断开所述辅助电缆，由所述电压源型换流器提供所述海上电网的电压幅值和频率，风机逐渐并网，系统完成启动；
在所述风电场正常运行阶段，主要由所述二极管整流器传输有功功率，所述电压源型换流器为所述二极管整流器提供换相能量，所述二极管整流器传输的有功功率不大于系统总有功功率的第一阈值，所述电压源型换流器传输的有功功率不小于系统总有功功率的第二阈值；其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。
在另一个优选实施例中，所述海上电网包括第一海上电网、第二海上电网和第三海上电网；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第一海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第二海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第三海上电网连接。
具体的，该海上风电直流输电系统包括三个海上电网，三个变压器，一个电压源型换流器、两个二极管整流器、海底直流电缆、陆上换流站和陆上电网。第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与第一海上电网连接，电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与第二海上电网连接，第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与第三海上电网连接，且电压源型换流器的交流侧与第一二极管整流器的交流侧、第二二极管整流器的交流侧并联，电压源型换流器的直流侧与第一二极管整流器的直流侧、第二二极管整流器的直流侧串联。电压源型换流的直流侧和第一二极管整流器、第二二极管整流器的直流侧经由海上直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至陆上换流站，陆上换流站进行交直流变换后，将电能并入陆上电网。辅助电缆的一端与海上电网的交流输出侧连接，辅助电缆的另一端与陆上电网或其他已经投运的风电场的交流侧连接，用于为海上风电场提供黑启动能量。
需要说明的是，本实施例中海上电网的海上风电场都对各自风场内所有风机的交流输出侧进行了汇流升压。辅助电缆只需为海上风电场提供黑启动能量，因此其功率水平较小、电缆价格较低。陆上换流站能够控制系统直流侧电压Vdc保持稳定，并且可以与陆上电网并网。在风电场正常运行阶段，所述二极管整流器传输的有功功率不大于系统总有功功率的第一阈值，在本实施例中，该第一阈值设为75％，所述电压源型换流器传输的有功功率不小于系统总有功功率的第二阈值，在本实施例中，该第一阈值设为25％。
本发明实施例既利用了二极管整流器传输功率大、损耗小、体积小的优点，又利用了电压源型换流器可以提供稳定的交流电源、滤除二极管整流器产生的谐波、为二极管整流器提供无功功率的功能。将二极管整流器与电压源型换流器在直流侧串联，降低了每个换流器的电压等级，即降低了每个换流器内关键部分的电气绝缘距离，从而减小了换流站的体积，并使得该拓扑具有较高的功率密度，同时降低了风电场建设成本，且风电场无需更改原先的跟网型控制策略，适用范围更广。
作为优选方案，所述电压源型换流器的交流侧并联在所述第一二极管整流器的交流侧和所述第二二极管整流器的交流侧之间；所述第一二极管的直流侧正极与所述海底直流电缆的正极连接，所述第一二极管的直流侧负极与所述电压源型换流器的直流侧正极串联，所述电压源型换流器的直流侧负极与所述第二二极管整流器的直流侧正极串联，所述第二二极管整流器的直流侧负极与所述海底直流电缆的负极连接。
具体的，电压源型换流器的交流侧并联在第一二极管整流器的交流侧和第二二极管整流器的交流侧之间，电压源型换流器的直流侧串联在第一二极管整流器的直流侧和第二二极管整流器的直流侧之间，即两组二极管整流器分别与电压源型换流器直流侧的正负极相连。这种结构将电压源型换流器的直流侧中点构造为系统零电位，两组二极管整流器的电位则一正一副，具有输送更大功率的能力，同时又不会增加绝缘等级，具有较好的技术经济性。
作为优选方案，所述电压源型换流器为基于全控型开关器件的模块化电平变换器。
具体的，在本实施例中，电压源型换流器为基于全控型开关器件的模块化电平变换器，该模块化电平变换器可以使用全桥型MMC变换器，也可以使用半桥型MMC变换器。但是，出于节省海上换流站体积的考虑，本实施例优选半桥型MMC变换器。
需要说明的是，在本实施例中，二极管整流器可以使用12脉冲整流器，也可以使用24脉冲整流器等由二极管为核心功率器件构成的整流器。
相应地，本发明还提供一种海上风电直流输电系统的控制方法，应用于上述任一项所述的海上风电直流输电系统
请参阅图2，图2是本发明提供的一种海上风电直流输电系统的控制方法的一个优选实施例的流程示意图。所述海上风电直流输电系统的控制方法，包括：
S201，获取风电场发出的功率值和所述海上风电直流输电系统的额定功率值；
S202，判断所述风电场发出的功率值是否低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值；
S203，若所述风电场发出的功率值低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制所述二极管整流器停止传输有功功率，并控制陆上换流站和电压源型换流器均采用恒电压控制模式；
S204，若所述风电场发出的功率值不低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制所述陆上换流站采用恒电流控制模式，并根据所述海上风电场发出的功率值实时调节所述海上风电直流输电系统的交流侧电压，以调节所述二极管整流器传输的有功功率。
进一步的，所述二极管整流器的的直流侧电压满足
Figure BDA0003147971290000111
其中，Vdc_dio1表示二极管整流器的直流侧电压，Vpcc表示系统交流侧电压，XT表示变压器等效换相阻抗，Idc表示系统直流侧电流；
所述电压源型换流器的直流侧电压满足Vdc_mmc＝Vdc-Vdc_dio1-Vdc_dio2-Idc·Rcable，；
其中，Vdc_mmc表示电压源型换流器的直流侧电压，Vdc表示系统直流侧电压，Vdc_dio2表示二极管整流器的直流侧电压，Rcable表示海底直流电缆的等效电阻。
需要说明的是，当风电场在稳态额定功率运行时，由于陆上换流站可以使直流侧电压Vdc保持稳定，并且二极管整流器的直流侧电压Vdc_dio1与Vdc_dio2只与直流侧电流Idc、交流侧电压Vpcc、变压器变比n、变压器等效换相阻抗XT有关。因此，二极管整流器直流侧电压满足
Figure BDA0003147971290000112
其中，Vdc_dio1表示二极管整流器的直流侧电压，Vpcc表示系统交流侧电压，XT表示变压器等效换相阻抗，Idc表示系统直流侧电流。所以当MMC变换器输出稳定的控制电压Vpcc时，二极管整流器的直流侧电压Vdc_dio1与Vdc_dio2都已确定。MMC变换器的直流侧电压满足Vdc_mmc＝Vdc-Vdc_dio1-Vdc_dio2-Idc·Rcable，；其中，Vdc_mmc表示电压源型换流器的直流侧电压，Vdc表示系统直流侧电压，Vdc_dio2表示二极管整流器的直流侧电压，Rcable表示海底直流电缆的等效电阻。可见当海上风电场在稳定额定功率情况下运行时，Vdc_mmc是确定值，MMC变换器无需进行额外的控制。当风电场发出的功率发生变化时，应先保证直流侧电流Idc恒定，故此时陆上换流站的控制目标应从恒电压控制(控制Vdc，使其稳定)切换至恒电流控制模式(控制Idc，使其稳定)。那么对于二极管整流器来说，此时其直流侧电压Vdc_dio1的大小完全取决于Vpcc。由于直流侧电流Idc保持恒定，所以其传输的功率也取决于Vpcc。因此，此时MMC变换器应根据风场的功率变化调节Vpcc的值，即通过调节流经二极管整流器的功率来跟随适应风电场变化的功率，而MMC变换器所传输的功率不变。因为这种模式下，传输的总功率发生变化时，直流侧电流保持不变，总功率的增减都通过变化交流侧电压，进而通过控制二极管的功率增减来实现，MMC直流侧电压并没有变化，所以MMC传输的功率不变。这里需要注意的是，二极管直流侧电压与交流侧电压有强相关关系，而MMC变换器的交流侧电压和直流侧电压是有一定的调节裕度，并不是一一对应的关系。例如，交流侧电压从0.9Vac变化到1.1Vac，MMC的直流侧电压都可以是Vdc保持不变，而一般来说二极管的直流侧就要跟随交流侧电压发生变化。
具体的，在本实施例中限定MMC变换器传输的有功功率不小于系统额定有功功率的25％，则首先获取风电场发出的功率值和海上风电直流输电系统的额定功率值；然后判断所述风电场发出的功率值是否低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值；若所述风电场发出的功率值低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制所述二极管整流器停止传输有功功率。假设此时陆上换流站侧额定电压为Vdc’，此时应使陆上换流站的控制模式从恒电流控制(控制Idc，使其稳定)切换至恒电压控制模式(控制Vdc’，使其稳定)，设此时海上换流站交流侧的电压值为Vpcc’，则应调节MMC变换器的控制模式为恒电压控制，即不根据风电场发出的有功功率动态调节Vpcc’的值，维持Vpcc’的值并保持稳定。若所述风电场发出的功率值不低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制所述陆上换流站采用恒电流控制模式，并根据所述风电场发出的功率值实时调节所述电压源型换流器的交流侧电压，以调节所述二极管整流器传输的有功功率。
本实施例是针对上述海上风电直流输电系统提出的一种控制方法，在该控制方法在海上风电场的功率发生变化时，能够稳定的传输能量。
相应地，本发明还提供一种海上风电直流输电系统的控制方法，应用于上述任一项所述的海上风电直流输电系统
请参阅图3，图3是本发明提供的一种海上风电直流输电系统的控制方法的另一个优选实施例的结构示意图。所述海上风电直流输电系统的控制方法，包括：
S301，获取风电场发出的功率值和所述海上风电直流输电系统的额定功率值；
S302，判断所述风电场发出的功率值是否低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值；
S303，若所述风电场发出的功率值低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制陆上换流站和电压源型换流器均采用恒电压控制模式，系统直流侧电流根据所述海上风电场发出的功率值变化进行自动调节；
S304，若所述风电场发出的功率值不低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制陆上换流站和电压源型换流器均采用恒电压控制模式，系统直流侧电流根据所述海上风电场发出的功率值变化进行自动调节。
进一步的，所述二极管整流器的的直流侧电压满足Vdc_dio1＝2.7Vpcc；
所述电压源型换流器的直流侧电压满足Vdc_mmc＝Vdc-Vdc_dio1-Vdc_dio2-Idc·Rcable。
需要说明的是，在本实施例中，二极管整流器的换相阻抗较小或者直流侧电流Idc的值较小时，在计算二极管整流器的交直流侧电压关系时可以忽略电流和换相阻抗，即二极管整流器的直流侧电压满足Vdc_dio1＝2.7Vpcc，此时二极管整流器的直流侧电压值完全取决于其交流侧电压值。MMC变换器的直流侧电压满足Vdc_mmc＝Vdc-Vdc_dio1-Vdc_dio2-Idc·Rcable。此时控制策略非常简单，无论风电场发出的的功率如何变化，即无论风电场发出的功率值是否低于海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，都控制陆上换流站依然保持恒电压控制模式(控制Vdc，使其稳定)，MMC变换器依然保持恒电压控制模式(控制Vpcc，使其稳定)一直不变。此时整个系统的电流Idc会根据海上风电场的功率变化自动调节，Vdc_dio1、Vdc_dio2与Vdc_mmc的比例一直保持不变，所传输功率的比值保持不变，所以系统无需进行额外的调节。本实施例是针对上述海上风电直流输电系统提出的一种控制方法，在该控制方法在海上风电场的功率发生变化时，能够稳定的传输能量。
请参阅图4，图4是本发明提供的一种终端设备的一个优选实施例的结构示意图。所述终端设备包括处理器401、存储器402以及存储在所述存储器402中且被配置为由所述处理器401执行的计算机程序，所述处理器401执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的海上风电直流输电系统的控制方法。
优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元(如计算机程序1、计算机程序2、……)，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器402中，并由所述处理器401执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。
所述处理器401可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器401也可以是任何常规的处理器，所述处理器401是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接所述终端设备的各个部分。
所述存储器402主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器402可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡和闪存卡(Flash Card)等，或所述存储器402也可以是其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，图4的结构示意图仅仅是上述终端设备的示例，并不构成对上述终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任一实施例所述的海上风电直流输电系统的控制方法。
本发明实施例提供了一种海上风电直流输电系统及其控制方法，包括海上电网、变压器、电压源型换流器、第一二极管整流器、第二二极管整流器、辅助电缆、海底直流电缆、陆上换流站和陆上电网；所述海上电网主要由海上风电场构成；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，且所述电压源型换流器的交流侧与所述第一二极管整流器的交流侧、所述第二二极管整流器的交流侧并联；所述电压源型换流器的直流侧与所述第一二极管整流器的直流侧、所述第二二极管整流器的直流侧串联，且所述电压源型换流器的直流侧、所述第一二极管整流器的直流侧和所述第二二极管整流器的直流侧经由所述海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至所述陆上换流站，所述陆上换流站进行交直流变换后，将电能并入所述陆上电网；所述辅助电缆的一端与所述海上电网的交流输出侧连接，所述辅助电缆的另一端与所述陆上电网或其他已经投运的风电场的交流侧连接，用于为海上风电场提供黑启动能量。本发明实施例既利用了二极管整流器传输功率大、损耗小、体积小的优点，又利用了电压源型换流器可以提供稳定的交流电源、滤除二极管整流器产生的谐波、为二极管整流器提供无功功率的功能。将二极管整流器与电压源型换流器在直流侧串联，降低了每个换流器的电压等级，即降低了每个换流器内关键部分的电气绝缘距离，从而减小了换流站的体积，并使得该拓扑具有较高的功率密度，同时降低了风电场建设成本，且风电场无需更改原先的跟网型控制策略，适用范围更广。
需说明的是，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的系统实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海上风电直流输电系统，其特征在于，包括：海上电网、变压器、电压源型换流器、第一二极管整流器、第二二极管整流器、辅助电缆、海底直流电缆、陆上换流站和陆上电网；
所述海上电网包括多个海上风电场；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述海上电网连接，且所述电压源型换流器的交流侧与所述第一二极管整流器的交流侧、所述第二二极管整流器的交流侧并联；
所述电压源型换流器的直流侧与所述第一二极管整流器的直流侧、所述第二二极管整流器的直流侧串联，且所述电压源型换流器的直流侧、所述第一二极管整流器的直流侧和所述第二二极管整流器的直流侧经由所述海底直流电缆构成的直流输电线路，将电能传输至所述陆上换流站，所述陆上换流站进行交直流变换后，将电能并入所述陆上电网；
所述辅助电缆的一端与所述海上电网的交流输出侧连接，所述辅助电缆的另一端与所述陆上电网或其他已经投运的风电场的交流侧连接，用于为海上风电场提供黑启动能量；
所述海上风电直流输电系统的运行阶段分为风电场启动阶段和风电场正常运行阶段；
在所述风电场启动阶段，由所述陆上换流站为系统直流侧建立电压，所述辅助电缆投入系统为所述电压源型换流器和所述海上电网中的风电场提供黑启动能量，使得风电场中的风机开始启动，风电场由负载转为电源，所述第一二极管整流器和所述第二二极管整流器启动，并断开所述辅助电缆，由所述电压源型换流器提供所述海上电网的电压幅值和频率，风机逐渐并网，系统完成启动；
在所述风电场正常运行阶段，所述电压源型换流器为所述第一二极管整流器和所述第二二极管整流器提供换相能量，所述第一二极管整流器和所述第二二极管整流器传输的有功功率不大于系统总有功功率的第一阈值，所述电压源型换流器传输的有功功率不小于系统总有功功率的第二阈值；其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。
2.如权利要求1所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述海上电网包括第一海上电网、第二海上电网和第三海上电网；所述第一二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第一海上电网连接，所述电压源型换流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第二海上电网连接，所述第二二极管整流器的交流侧经由与其连接的变压器与所述第三海上电网连接。
3.如权利要求2所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述电压源型换流器的交流侧并联在所述第一二极管整流器的交流侧和所述第二二极管整流器的交流侧之间；所述第一二极管整流器的直流侧正极与所述海底直流电缆的正极连接，所述第一二极管整流器的直流侧负极与所述电压源型换流器的直流侧正极串联，所述电压源型换流器的直流侧负极与所述第二二极管整流器的直流侧正极串联，所述第二二极管整流器的直流侧负极与所述海底直流电缆的负极连接。
4.如权利要求3所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述电压源型换流器为基于全控型开关器件的模块化电平变换器。
5.一种海上风电直流输电系统的控制方法，应用于如权利要求1至4中任一项所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述方法包括：
获取风电场发出的功率值和所述海上风电直流输电系统的额定功率值；
判断所述风电场发出的功率值是否低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值；
若所述风电场发出的功率值低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制第一二极管整流器和第二二极管整流器停止传输有功功率，并控制陆上换流站和电压源型换流器均采用恒电压控制模式；
若所述风电场发出的功率值不低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制所述陆上换流站采用恒电流控制模式，并根据所述海上风电场发出的功率值实时调节所述海上风电直流输电系统的交流侧电压，以调节所述第一二极管整流器和所述第二二极管整流器传输的有功功率。
6.如权利要求5所述的海上风电直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述第一二极管整流器的直流侧电压满足
Figure FDA0003573367020000031
所述第二二极管整流器的直流侧电压满足
Figure FDA0003573367020000032
其中，Vdc_dio1表示第一二极管整流器的直流侧电压，Vdc_dio2表示第二二极管整流器的直流侧电压，Vpcc表示系统交流侧电压，XT表示变压器等效换相阻抗，Idc表示系统直流侧电流；
所述电压源型换流器的直流侧电压满足Vdc_mmc＝Vdc-Vdc_dio1-Vdc_dio2-Idc·Rcable；
其中，Vdc_mmc表示电压源型换流器的直流侧电压，Vdc表示系统直流侧电压，Rcable表示海底直流电缆的等效电阻。
7.一种海上风电直流输电系统的控制方法，应用于如权利要求1至4中任一项所述的海上风电直流输电系统，其特征在于，所述方法包括：
获取风电场发出的功率值和所述海上风电直流输电系统的额定功率值；
判断所述风电场发出的功率值是否低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值；
若所述风电场发出的功率值低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制陆上换流站和电压源型换流器均采用恒电压控制模式，系统直流侧电流根据所述海上风电场发出的功率值变化进行自动调节；
若所述风电场发出的功率值不低于所述海上风电直流输电系统的额定功率值的第二阈值，则控制陆上换流站和电压源型换流器均采用恒电压控制模式，系统直流侧电流根据所述海上风电场发出的功率值变化进行自动调节。
8.如权利要求7所述的海上风电直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述第一二极管整流器的直流侧电压满足Vdc_dio1＝2.7Vpcc；
所述第二二极管整流器的直流侧电压满足Vdc_dio2＝2.7Vpcc；
所述电压源型换流器的直流侧电压满足Vdc_mmc＝Vdc-Vdc_dio1-Vdc_dio2-Idc·Rcable；
其中，Vdc_dio1表示第一二极管整流器的直流侧电压，Vdc_dio2表示第二二极管整流器的直流侧电压，Vpcc表示系统交流侧电压，Vdc_mmc表示电压源型换流器的直流侧电压，Vdc表示系统直流侧电压，Idc表示系统直流侧电流，Rcable表示海底直流电缆的等效电阻。
9.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求5至8中任意一项所述的海上风电直流输电系统的控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求5至8中任意一项所述的海上风电直流输电系统的控制方法。
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