CN113541178A - 一种海上风电场并网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风电场并网系统，包括三相交流海缆、第一至第二交流区域电网、第一至第四并联联接变压器、第一至第四电压源换流器、两极直流海缆、串联联接变压器、交流架空线路及母线等设备；远海风电场经第一电压源换流器和直流海缆连接至陆上直流母线，其余三个电压源换流器均连接于陆上直流母线，第二电压源换流器接入第一交流区域电网，第三电压源换流器接入第二交流区域电网；近海风电场经交流海缆接入第二陆上交流母线，再经两条线路分别接至第一交流电网和第二交流电网；第四电压源换流器经串联变压器串联接入其中一条交流线路。本发明将远海和近海的海上风电资源根据交流电网的负荷需求进行优化并网，提升海上风电资源的利用率。

Description

一种海上风电场并网系统
技术领域
本发明涉及一种海上风电场并网系统，属于电力系统中柔性交流输电技术领域。
背景技术
随着电力系统迅速发展，随着负荷不断增长，对能源的开发利用也越来越迫切，同时对能源开发利用还需要关注到环境的友好性、能源的清洁度问题。因此以风电、光伏为主的清洁能源得到了大规模的开发利用，随着过去一段时间内对陆上风电资源的开发利用，好的陆上风资源被逐步的开发完成，因此近些年来对风电资源逐步转移到海上风电的开发利用，海上风电场具备可风资源丰富、便于大规模集群开发、更靠近负荷中心等优势。同时海上风电配套的海工装备技术的成熟也为这种资源的大规模开发利用提供了更有利的条件。
海上风电集群的规模通常可以达到百万千瓦，因此风电送出的结构对送出的规模和稳定性尤其重要，通常来说，近海风电的送出通过风电机组汇集交流升压后通过交流海缆送到陆上交流系统，而远海风电则通过柔直送出，对于陆上交流系统可能存在同时接受近海交流系统的接入和远海柔直系统的接入，接入系统的结构相对复杂，同时海上风电能源间歇性与随机性可能导致系统的潮流不均等问题。而现有的海上风电的并网方案仅仅是考虑到风电场的送出问题，并不关注陆上交流系统的接入问题。网源间不协调对海上风电的消纳和交流系统的稳定性造成不利影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种海上风电场并网系统，考虑到了近海风电的交流系统馈入和远海风电的柔直功率的馈入交流系统的潮流协调与疏散问题，通过该并网系统可以提高不同海域的风电送出的消纳，同时提高陆上交流电网潮流均衡性，增强电网的稳定性。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种海上风电场并网系统，所述并网系统包括第一海上交流母线、第二海上交流母线、三相交流海缆、陆上变电站、第一交流架空线路、第二交流架空线路、第一陆上交流母线、第二陆上交流母线、第一交流区域电网、第二交流区域电网、第一至第四并联联接变压器、第一至第四电压源换流器、两极直流海缆、陆上直流母线、串联联接变压器；
远海风电场汇集远海的风力发电机至第一海上交流母线，第一海上交流母线经两个并联的并联联接变压器接入第一电压源换流器，所述两个并联的并联联接变压器为第一并联联接变压器和第二并联联接变压器，第一电压源换流器经两极直流海缆连接至陆上直流母线，第二电压源换流器、第三电压源换流器和第四电压源换流器的直流侧均连接于陆上直流母线，第二电压源换流器经第三并联联接变压器接入第一陆上交流母线，第一陆上交流母线接至第一交流区域电网，第三电压源换流器经第四并联联接变压器接入第二陆上交流母线，第二陆上交流母线接至第二交流区域电网，第四电压源换流器与串联联接变压器的二次侧连接；
近海风电场汇集近海的风力发电机至第二海上交流母线，第二海上交流母线经三相交流海缆接入陆上变电站，陆上变电站经第二交流架空线路接至第二陆上交流母线，陆上变电站经第一交流架空线路接至第一陆上交流母线，且串联联接变压器串联在第一交流架空线路上。
作为本发明的一种优选方案，所述第一交流区域电网和第二交流区域电网之间经交流架空线路或者交流电缆相互连接。
作为本发明的一种优选方案，所述第一至第四电压源换流器中至少有一个为模块化多电平换流器，所述模块化多电平换流器包括三个相单元，每个相单元包括两个分支单元，每个分支单元由N1个半桥子模块单元和N2个全桥子模块单元串联构成，N1和N2均为自然数。
作为本发明的一种优选方案，所述全桥子模块单元的数量N2小于半桥子模块单元的数量N1。
作为本发明的一种优选方案，所述第一海上交流母线为二分之三接线方式或者双母线接线方式，第二海上交流母线为二分之三接线方式或者双母线接线方式。
作为本发明的一种优选方案，所述第一陆上交流母线与第一交流区域电网经M回架空线路联接时，第四电压源换流器经M个串联联接变压器接入相对应的架空线路，M为大于1的自然数。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明优化了近海风电交流送出和远海风电柔直送出的两种结构，对这两种结构进行优化并网，进行了不同海域的风电资源的有效消纳，提升了海上风电资源的利用率。
2、本发明将潮流控制装置的直流极通过柔直的直流侧共用，降低了投资成本和占地。
3、本发明中的潮流控制装置能够很好的分配风电送出时两个不同交流系统间的潮流合理分配，提高了电网控制的灵活性，提升了陆上交流系统运行的稳定性。
附图说明
图1是本发明一种海上风电场并网系统的示意图。
图2是本发明所提的模块化多电平换流器的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，本实例一种海上风电场的并网系统，包括近海风电场、远海风电场、三相交流海缆、两极直流海缆、第一至第四电压源换流器、第一交流区域电网1、第二交流区域电网2、第一至第四并联联接变压器和一台串联联接变压器、交流架空线路及母线等连接设备。
远海风电场汇集海上风力发电机至第一海上交流母线，再经两组并联的并联联接变压器接入第一电压源换流器1，这里两组并联的并联联接变压器是第一并联联接变压器和第二并联联接变压器相并联，再经两极直流海缆连接至陆上直流母线，第二电压源换流器2、第三电压源换流器3和第四电压源换流器4的直流侧均连接于陆上直流母线，第二电压源换流器2经第三并联联接变压器接入第一交流区域电网1，第三电压源换流器3经第四并联联接变压器接入第二交流区域电网2。
近海风电场汇集海上风力发电机至第二海上交流母线，再经三相交流海缆接入第二陆上交流母线，再经第一交流架空线路接至第一交流区域电网1、经第二交流架空线路接至第二交流区域电网2；第四电压源换流器4经串联变压器串联接入第一交流架空线路。
海上交流母线为二分之三接线方式或者双母线接线方式。
第一交流区域电网1或者第二交流区域电网2经交流架空线路或者交流电缆相互连接。
第一陆上交流母线与第一交流区域电网1经M回架空线路联接时，第四电压源换流器4经M个串联联接变压器接入相应的架空线路，M为大于1的自然数。
本实例的电压源换流器是海上风电柔直送出的送端，第二电压源换流器2和第三电压源换流器3为柔直的受端，第四电压源换流器4是统一潮流控制器的串联侧的换流阀，串联联接变压器为统一潮流控制器的串联变，通过第四电压源换流器4电压的调节间接改变串联变压器线路侧的电压和幅值，进而改变该线路的潮流由于近海的风电送出通过两回线路分别连接第一交流区域电网1和第二交流区域电网2，因此同归改变其中的一回线路的潮流也可以改变另外一回线路的潮流，达到合理分配近海风电送出潮流的效果。例如近海风电送出功率达到1000MW，正常方式下受自然潮流分布的影响，送到第一交流区域电网1的线路潮流200MW，送到第二交流区域电网2的线路潮流为800MW，通过控制第四电压源换流器4可以控制送到第一交流区域电网1的潮流，实现两回线路的潮流均衡。
本实例中的第二、三、四电压源换流器2、3、4均连接在同一直流母线上，第二电压源换流器2和第三电压源换流器3送出的有功基本等于远海风电的第一电压源换流器1的送出功率。这其中的一个电压源换流器还需要控制共用的直流母线电压。
通过控制策略的调整可以合理分配远海风电通过电压源换流器1送出到交流电网1和交流电网2的有功功率。例如近海风电送出功率达到1000MW，电压源换流器2和电压源换流器3的总功率接近1000MW。通过给两个换流器的控制功率指令，可以在功率范围内任意指定功率的分配比例。
本实例中的第一至第四电压源换流器1、2、3、4中至少有一组电压源换流器为模块化多电平换流器，模块化多电平换流器的结构图如图2所示，包括有三个相单元，每个相单元包括两个分支单元，每个分支单元由N1个半桥子模块单元和N2个全桥子模块单元串联构成，N1和N2均为自然数，全桥子模块单元的数量N2小于半桥子模块单元的数量N1。
本实例的海上风电场并网系统结构可以灵活的控制近海风电场和远海风电场的的有功功率，实现接入的两个交流系统的功率的均衡控制。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种海上风电场并网系统，其特征在于，所述并网系统包括第一海上交流母线、第二海上交流母线、三相交流海缆、陆上变电站、第一交流架空线路、第二交流架空线路、第一陆上交流母线、第二陆上交流母线、第一交流区域电网、第二交流区域电网、第一至第四并联联接变压器、第一至第四电压源换流器、两极直流海缆、陆上直流母线、串联联接变压器；
远海风电场汇集远海的风力发电机至第一海上交流母线，第一海上交流母线经两个并联的并联联接变压器接入第一电压源换流器，所述两个并联的并联联接变压器为第一并联联接变压器和第二并联联接变压器，第一电压源换流器经两极直流海缆连接至陆上直流母线，第二电压源换流器、第三电压源换流器和第四电压源换流器的直流侧均连接于陆上直流母线，第二电压源换流器经第三并联联接变压器接入第一陆上交流母线，第一陆上交流母线接至第一交流区域电网，第三电压源换流器经第四并联联接变压器接入第二陆上交流母线，第二陆上交流母线接至第二交流区域电网，第四电压源换流器与串联联接变压器的二次侧连接；
近海风电场汇集近海的风力发电机至第二海上交流母线，第二海上交流母线经三相交流海缆接入陆上变电站，陆上变电站经第二交流架空线路接至第二陆上交流母线，陆上变电站经第一交流架空线路接至第一陆上交流母线，且串联联接变压器串联在第一交流架空线路上。
2.根据权利要求1所述海上风电场并网系统，其特征在于，所述第一交流区域电网和第二交流区域电网之间经交流架空线路或者交流电缆相互连接。
3.根据权利要求1所述海上风电场并网系统，其特征在于，所述第一至第四电压源换流器中至少有一个为模块化多电平换流器，所述模块化多电平换流器包括三个相单元，每个相单元包括两个分支单元，每个分支单元由N1个半桥子模块单元和N2个全桥子模块单元串联构成，N1和N2均为自然数。
4.根据权利要求2所述海上风电场并网系统，其特征在于，所述全桥子模块单元的数量N2小于半桥子模块单元的数量N1。
5.根据权利要求1所述海上风电场并网系统，其特征在于，所述第一海上交流母线为二分之三接线方式或者双母线接线方式，第二海上交流母线为二分之三接线方式或者双母线接线方式。
6.根据权利要求1所述海上风电场并网系统，其特征在于，所述第一陆上交流母线与第一交流区域电网经M回架空线路联接时，第四电压源换流器经M个串联联接变压器接入相对应的架空线路，M为大于1的自然数。
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