CN113612376B - 海上风电直流送出系统的启动方法 - Google Patents

海上风电直流送出系统的启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种海上风电直流送出系统的启动方法,其适用于陆上柔性直流换流阀采用全半桥混合或全部采用全桥等可降压运行拓扑的海上风电直流送出系统,所述启动方法包括解锁所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀,逐一启动海上风电场的风机,当检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,解锁所述海上常规直流换流阀,完成所述海上换流站的启动过程,其提供了一种海上风电的启动策略,有效解决现有的新型海上风电送出系统启动困难的问题。

Description

海上风电直流送出系统的启动方法
技术领域
本发明涉及海上风电直流送出技术领域,尤其涉及一种海上风电直流送出系统的启动方法。
背景技术
常见的海上风电柔性直流送出拓扑为两端均采用全功率柔性直流拓扑,是工业界成熟的解决方案,然而其海上平台体积重量较大,成本较高。
为了降低海上换流站的体积和重量,有学者提出了将海上柔性直流换流阀替代用二极管换流阀替代,但存在需要改造海上风机为构网型控制策略,是对现有工业体系的一次较大改变。折衷方案是,海上使用二极管换流阀和柔性直流换流阀串联,既不用改变风机控制策略,也可以一定程度上降低体积重量,新型拓扑如图1。
然而,申请人在实施上述过程中发现,由于二极管/晶闸管不具备反向电流流通能力,其不能通过岸上站网海上站充电,只能实现功率的单向传输。在风机全部停运时,不能利用陆上电为海上换流站供电,不能利用陆上电源作为海上风机的启机电源。新型拓扑虽然可以降低海上换流站的体积重量,但是其存在启动困难的问题。
发明内容
本发明提供一种海上风电直流送出系统的启动方法,其能解决现有技术的海上风电送出系统启动困难的技术问题。
本发明提供的海上风电直流送出系统的启动方法,其中,所述海上风电直流送出系统包括海上换流站和陆上换流站,所述海上换流站包括海上柔性直流换流阀和海上常规直流换流阀,所述海上柔性直流换流阀和海上常规直流换流阀串联,所述陆上换流站包括陆上柔性直流换流阀,所述陆上柔性直流换流阀采用全半桥混合拓扑或者全桥降压式运行拓扑;
所述启动方法包括:
解锁所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀;
逐一启动海上风电场的风机,当检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,解锁所述海上常规直流换流阀。
优选的,所述解锁所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀,具体包括:
通过所述陆上换流站的启动电阻对所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀充电;
当检测到所述海上柔性直流换流阀的功率模块的模块电压达到预设的模块电压时,同时解锁所述海上柔性直流换流阀和所述陆上柔性直流换流阀。
优选的,所述当检测到所述海上柔性直流换流阀的直流电压的功率模块的模块电压达到预设的模块电压时,同时解锁所述海上柔性直流换流阀和所述陆上柔性直流换流阀,具体为:
当检测到所述海上柔性直流换流阀的功率模块的模块电压达到预设的模块电压时,所述海上柔性直流换流阀通过交流电压闭环控制策略解锁,且所述陆上柔性直流换流阀通过直流电压外环和电流内环控制策略解锁。
优选的,所述所述逐一启动海上风电场的风机,当检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,解锁所述海上常规直流换流阀,具体包括:
逐一启动海上风电场的风机,当检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,所述海上柔性直流换流阀控制其交流电压降低至0,并控制其交流电压为0的状态维持第一预设时间,之后将其交流电压在第二预设时间内逐渐升高至所述海上柔性直流换流阀的交流额定电压;其中,当检测到所述海上柔性直流换流阀的交流电压降低至0时,投入所述海上常规直流换流阀的变压器;
解锁所述海上常规直流换流阀,并控制所述海上常规直流换流阀将直流电压逐渐升高至所述陆上柔性直流换流阀的直流额定电压。
优选的,所述控制所述海上常规直流换流阀将直流电压逐渐升高至所述海上常规直流换流阀的直流,具体为:
通过调整所述海上常规直流换流阀的触发角,以控制所述海上常规直流换流阀将直流电压逐渐升高至所述陆上柔性直流换流阀的直流额定电压。
与现有技术相比,本发明提供的海上风电直流送出系统的启动方法具有以下有益效果:
本发明提供的海上风电直流送出系统的启动方法,其适用于陆上柔性直流换流阀采用全半桥混合拓扑或全桥降压式运行拓扑的海上风电直流送出系统,所述启动方法包括:首先解锁所述陆上柔性直流换流阀和所述海上换流阀,然后逐一启动海上风电场的风机,并在检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,解锁所述海上常规直流换流阀,其提供了一种海上风电送出系统的启动策略,能提高海上风电送出系统的启动过程中的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的新型海上风电送出系统的拓扑示意图;
图2是本发明实施例提供的海上风电直流送出系统的启动方法中的陆上柔性直流换流阀的其中一种拓扑示意图;
图3是本发明实施例提供的海上风电直流送出系统的启动方法的流程示意图。
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。
参见图1和图2,图1是本发明提供的新型海上风电送出系统的拓扑示意图,图2是本发明实施例提供的海上风电直流送出系统的启动方法中的陆上柔性直流换流阀的其中一种拓扑示意图(具体为全半桥混合拓扑)。
本发明提供的海上风电直流送出系统的启动方法,其适用于陆上柔性直流换流阀采用全半桥混合拓扑或全桥降压式运行拓扑的海上风电直流送出系统,具体的,在本发明实施例中,所述海上风电直流送出系统包括海上换流站和陆上换流站,所述海上换流站包括海上柔性直流换流阀和海上常规直流换流阀,所述海上柔性直流换流阀和海上常规直流换流阀串联,所述陆上换流站包括陆上柔性直流换流阀。
其中,在所述海上风电送出系统中,所述海上常规直流换流阀的两端并联旁路开关Q2,在所述海上换流站和陆上换流站未解锁时,旁路开关Q2处于闭合的状态,所述陆上换流站的交流侧的旁路刀闸S1处于断开的状态,同时,断路器Q1、断路器Q3、断路器Q4也处于断开的状态。
可以理解的是,上述海上风电送出系统的拓扑结构可以降低海上换流站的体积重量,但同时会带来启动困难的困难,因此,本发明实施例提供了一种启动策略。
参见图3,图3是本发明实施例提供的海上风电直流送出系统的启动方法的流程示意图。本发明实施例提供的海上风电直流送出系统的启动方法包括步骤S11到步骤S12:
步骤S11,解锁所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀;
步骤S12,逐一启动海上风电场的风机,当检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,解锁所述海上常规直流换流阀。
在一种可选的实施方式中,所述步骤S11“解锁所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀”具体包括:
通过所述陆上换流站的启动电阻对所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀充电;
当检测到所述海上柔性直流换流阀的功率模块的模块电压达到预设的模块电压时,同时解锁所述海上柔性直流换流阀和所述陆上柔性直流换流阀。
在本发明实施例中,所述预设的模块电压应当保证所述海上柔性直流换流阀完成可靠充电,功率模块能够正确取能。在具体实施时,所述预设的模块电压可以设置为模块电压额定值的±10%。当然,在具体实施时可以根据情况设置,本发明不对此做限制。
在本发明实施例中,可以通过合上断路器Q1对所述海上柔性直流换流阀和所述陆上柔性直流换流阀充电,随后合上旁路刀闸S1,所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀在达到预设的直流电压时同时解锁。
在一种可选的实施方式中,所述当检测到所述海上柔性直流换流阀的功率模块的模块电压达到预设的模块电压时,同时解锁所述海上柔性直流换流阀和所述陆上柔性直流换流阀,具体为:
当检测到所述海上柔性直流换流阀的功率模块的模块电压达到预设的模块电压时,所述海上柔性直流换流阀通过交流电压闭环控制策略解锁,且所述陆上柔性直流换流阀通过直流电压外环和电流内环控制策略解锁。
在一种可选的实施方式中,所述步骤S12“逐一启动海上风电场的风机,当检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,解锁所述海上常规直流换流阀”,具体包括:
逐一启动海上风电场的风机,当检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,所述海上柔性直流换流阀控制其交流电压降低至0,并控制其交流电压为0的状态维持第一预设时间,之后将其交流电压在第二预设时间内逐渐升高至所述海上柔性直流换流阀的交流额定电压;其中,当检测到所述海上柔性直流换流阀的交流电压降低至0时,投入所述海上常规直流换流阀的变压器;
解锁所述海上常规直流换流阀,并控制所述海上常规直流换流阀将直流电压逐渐升高至所述陆上柔性直流换流阀的直流额定电压。
在本发明实施例中,在解锁所述海上常规直流换流阀的过程中,所述海上常规直流换流阀的触发角从150°逐渐降低至90°,使得所述海上常规直流换流阀的旁路开关Q2在过零点时自动断开。
在本发明实施例中,由于所述海上常规直流换流阀的直流电压可以在0~额定电压之间变化,当所述海上常规直流换流阀解锁之后随之旁路开关Q2断开,此时所述海上常规直流换流阀的两端的直流电压是0,因此,需要逐渐升高到直流额定电压才能输送功率。
值得说明的是,本发明实施例在所述海上柔性直流换流阀的交流电压为0时投入所述海上常规直流换流阀的变压器,不存在所述海上常规直流换流阀的变压器启动冲击电流。具体的,可以通过合上断路器Q3,以投入所述海上常规直流换流阀的变压器。
具体的,所述第一预设时间为200ms,所述第二预设时间为500ms。当然,本发明对所述第一预设时间和所述第二预设时间为不作具体限制。
在一种可选的实施方式中,所述控制所述海上常规直流换流阀将直流电压逐渐升高至所述陆上柔性直流换流阀的直流额定电压,具体为:
通过调整所述海上常规直流换流阀的触发角,以控制所述海上常规直流换流阀将直流电压逐渐升高至所述陆上柔性直流换流阀的直流额定电压。
以1000MW的系统为例,海上常规直流换流阀和海上柔性直流换流阀各500MW,陆上的柔性直流换流阀为1000MW。稳态运行时直流侧电压相同。此时,由于陆上柔性直流换流阀采用全半桥混合拓扑,具备0.5pu~1pu额定直流电压运行能力。因此,运用本发明实施例提供的海上风电直流送出系统的启动方法完成该系统的解锁时,当检测到所述海上柔性直流换流阀和所述陆上柔性直流换流阀的直流电压达到0.5pu时就启动解锁,而在解锁海上常规直流换流阀的过程中,由于启动风机较少,对于1000MW系统,考虑单台风机容量约为15MW,在设计时,耗能装置应能长期承受单台风机传输的功率。
本发明提供的海上风电直流送出系统的启动方法,首先解锁所述陆上柔性直流换流阀和所述海上换流阀,然后逐一启动海上风电场的风机,并在检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,解锁所述海上常规直流换流阀,其提供了一种海上风电送出系统的启动策略,能提高海上风电送出系统的启动过程中的可靠性和稳定性。
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 (5)

1.一种海上风电直流送出系统的启动方法,其特征在于,所述海上风电直流送出系统包括海上换流站和陆上换流站,所述海上换流站包括海上柔性直流换流阀和海上常规直流换流阀,所述海上柔性直流换流阀和海上常规直流换流阀串联,所述陆上换流站包括陆上柔性直流换流阀,所述陆上柔性直流换流阀采用全半桥混合拓扑或者全桥降压式运行拓扑,所述启动方法包括:
解锁所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀;
逐一启动海上风电场的风机,当检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,解锁所述海上常规直流换流阀。
2.如权利要求1所述的海上风电直流送出系统的启动方法,其特征在于,所述解锁所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀,具体包括:
通过所述陆上换流站的启动电阻对所述陆上柔性直流换流阀和所述海上柔性直流换流阀充电;
当检测到所述海上柔性直流换流阀的功率模块的模块电压达到预设的模块电压时,同时解锁所述海上柔性直流换流阀和所述陆上柔性直流换流阀。
3.如权利要求2所述的海上风电直流送出系统的启动方法,其特征在于,所述当检测到所述海上柔性直流换流阀的功率模块的模块电压达到预设的模块电压时,同时解锁所述海上柔性直流换流阀和所述陆上柔性直流换流阀,具体为:
当检测到所述海上柔性直流换流阀的功率模块的模块电压达到预设的模块电压时,所述海上柔性直流换流阀通过交流电压闭环控制策略解锁,且所述陆上柔性直流换流阀通过直流电压外环和电流内环控制策略解锁。
4.如权利要求1所述的海上风电直流送出系统的启动方法,其特征在于,所述逐一启动海上风电场的风机,当检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,解锁所述海上常规直流换流阀,具体包括:
逐一启动海上风电场的风机,当检测到所述风机的功率大于所述海上换流站消耗的功率且小于所述海上柔性直流换流阀的容量时,所述海上柔性直流换流阀控制其交流电压降低至0,并控制其交流电压为0的状态维持第一预设时间,之后将其交流电压在第二预设时间内逐渐升高至所述海上柔性直流换流阀的交流额定电压;其中,当检测到所述海上柔性直流换流阀的交流电压降低至0时,投入所述海上常规直流换流阀的变压器;
解锁所述海上常规直流换流阀,并控制所述海上常规直流换流阀将直流电压逐渐升高至所述陆上柔性直流换流阀的直流额定电压。
5.如权利要求4所述的海上风电直流送出系统的启动方法,其特征在于,所述控制所述海上常规直流换流阀将直流电压逐渐升高至所述陆上柔性直流换流阀的直流额定电压,具体为:
通过调整所述海上常规直流换流阀的触发角,以控制所述海上常规直流换流阀将直流电压逐渐升高至所述陆上柔性直流换流阀的直流额定电压。
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