CN115051394A - 海上风电直流送出系统及其启动方法、装置 - Google Patents

海上风电直流送出系统及其启动方法、装置 Download PDF

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CN115051394A CN202210520299.8A CN202210520299A CN115051394A CN 115051394 A CN115051394 A CN 115051394A CN 202210520299 A CN202210520299 A CN 202210520299A CN 115051394 A CN115051394 A CN 115051394A
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郭明珠
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Abstract

本申请涉及风力发电和直流输电技术领域，尤其涉及一种海上风电直流送出系统及其启动方法。该启动方法包括：利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动；利用海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；通过对海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网。本申请可以完成海上风电直流送出系统的启动，且启动过程平稳无冲击。

Description

海上风电直流送出系统及其启动方法、装置
技术领域
本申请涉及风力发电和直流输电技术领域，尤其涉及一种海上风电直流送出系统及其启动方法、装置。
背景技术
海上风力资源极为丰富、风速较为稳定、空间广阔、允许风机机组更加大型化，是未来风电发展的必然趋势。海上风电技术已经逐渐成为实现气候目标的关键技术。为了获得更大的海域和更稳定的风能，远海风电的开发逐渐成为人们关注的重点。在海上风电场离岸距离越来越远、容量越来越大的背景下，如何将海上风电经济和可靠地输送到岸上就成为人们所面临的关键问题。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种海上风电直流送出系统，以提供一种海上风电输出成本低、输送效率高、输送效果好的海上风电直流送出系统。
本申请的第二个目的在于提出一种海上风电直流送出系统的启动方法。
本申请的第三个目的在于提出一种海上风电直流送出系统的启动装置。
为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出的一种海上风电直流送出系统，包括：二极管整流模块、海上直流电压可变型换流模块、岸上直流电压可变型换流器；
其中，所述二极管整流模块和所述海上直流电压可变型换流模块的交流侧连接至海上风电场，所述二极管整流模块的直流侧和所述海上直流电压可变型换流模块的直流侧串联连接后连接至所述岸上直流电压可变型换流器的直流侧，所述岸上直流电压可变型换流器交流侧连接至岸上交流电网。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述二极管整流模块包括：第一交流开关、海上整流变压器和海上二极管整流器；
其中，所述海上二极管整流器的交流侧通过所述海上整流变压器和所述第一交流开关连接至所述海上风电场，所述海上二极管整流器的直流侧为所述二极管整流模块的直流侧。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述海上直流电压可变型换流模块包括：第二交流开关、辅助连接变压器和海上直流电压可变型辅助模块化多电平换流器MMC；
其中，所述海上直流电压可变型辅助MMC的交流侧通过所述辅助连接变压器和所述第二交流开关连接至所述海上风电场，所述海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧为所述海上直流电压可变型换流模块的直流侧。
综上，本申请第一方面实施例提出的海上风电直流送出系统，包括：二极管整流模块、海上直流电压可变型换流模块、岸上直流电压可变型换流器；其中，所述二极管整流模块和所述海上直流电压可变型换流模块的交流侧连接至海上风电场，所述二极管整流模块的直流侧和所述海上直流电压可变型换流模块的直流侧串联连接后连接至所述岸上直流电压可变型换流器的直流侧，所述岸上直流电压可变型换流器交流侧连接至岸上交流电网。本申请通过采用二极管整流模块和海上直流电压可变型换流模块串联的方式，可以提供一种海上风电输出成本低、输送效率高、输送效果好的海上风电直流送出系统。
为达到上述目的，本申请第二方面实施例提出的一种海上风电直流送出系统的启动方法，包括：
利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动；
利用所述海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；
通过对所述海上直流电压可变型换流模块和所述岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述海上直流电压可变型换流模块包括海上直流电压可变型辅助MMC，所述海上直流电压可变型辅助MMC包括至少两个子模块，所述利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动，包括：
确定直流电压目标值，并根据所述直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电压模式，所述直流电压目标值根据所述海上直流电压可变型辅助MMC的子模块电容电压的预设启动电压值确定；
控制所述海上直流电压可变型辅助MMC的子模块依次投入，并利用所述岸上直流电压可变型换流器对子模块电容进行充电，直至所有子模块电容电压均达到预设启动电压值，以完成海上直流电压可变型辅助MMC的启动；
确定第一直流电流目标值，并根据所述第一直流电流目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式，所述第一直流电流目标值为海上风电直流送出系统的额定直流电流；
利用所述海上直流电压可变型辅助MMC为所述第一海上风机组集合提供交流电压，以完成第一海上风机组集合的黑启动。
可选地，在本申请的一个实施例中，在所述利用所述海上直流电压可变型辅助MMC为所述海上交流电网提供交流电压，以完成第一海上风机组集合的黑启动之前，还包括：
令所述海上直流电压可变型辅助MMC的交流侧工作于定交流电压模式，使所述海上直流电压可变型辅助MMC输出的交流电压为额定幅值和额定频率的交流电压。
令所述海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧工作于定子模块电容电压模式，通过控制所述海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧输出的直流输出电压，控制所述海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧吸收或输出有功功率，以使所述海上直流电压可变型辅助MMC对应的子模块电容电压为额定电压值。
可选地，在本申请的一个实施例中，在所述确定直流电压目标值，并根据所述直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电压模式之前，还包括：
通过岸上交流电网完成对所述岸上直流电压可变型换流器的启动。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述二极管整流模块包括第一交流开关、海上整流变压器和海上二极管整流器，所述海上直流电压可变型换流模块包括海上直流电压可变型辅助MMC，所述海上直流电压可变型辅助MMC包括至少两个子模块，所述利用所述海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网，包括：
确定第二直流电流目标值，并根据所述第二直流电流目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式，所述第二直流电流目标值根据所述海上直流电压可变型辅助MMC和所述海上二极管整流器的容量确定；
控制所述海上直流电压可变型换流模块输出的交流电压下降至初始电压；
闭合所述第一交流开关，令所述海上整流变压器和所述海上二极管整流器连接至所述海上交流电网；
控制所述海上直流电压可变型换流模块输出的交流电压从预设电压阈值开始按照预设抬升速率进行抬升，直至交流电压额定幅值。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述海上直流电压可变型换流模块包括海上直流电压可变型辅助MMC，所述对所述海上直流电压可变型换流模块和所述岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，包括：
确定第三直流电流目标值的初始值、增加速率和最终值，并根据所述第三直流电流目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式，所述第三直流电流目标值的初始值根据所述海上直流电压可变型辅助MMC和所述海上二极管整流器的容量确定，所述第三直流电流目标值的增加速率根据海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网的连接速率确定，所述第三直流电流目标值的最终值为海上风电直流送出系统的额定直流电流。
综上，本申请第二方面实施例提出的方法，首先，通过利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，可以令海上风电直流送出系统工作于正向电流、反向电压状态，进而，可以实现有功功率从岸上向海上的传输，可以为海上风电机组提供黑启动电源，从而完成第一海上风机组集合的黑启动。其次，通过利用海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；可以避免整流变压器合闸励磁涌流所带来的冲击问题，并使海上二极管整流器的直流输出电压也缓慢提升，避免二极管整流器输出直流电压突然阶跃变化给直流系统带来的冲击。最后，在启动过程中，通过对海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器进行控制，可以实现海上风电场有功功率和直流送出功率的平衡，进而，可以将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动，且启动过程平稳无冲击。
为达到上述目的，本申请第三方面实施例提出了一种海上风电直流送出系统的启动装置，包括：
海上直流电压可变型换流模块及部分海上风机集合启动单元，用于利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动；
二极管整流接入单元，用于利用所述海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；
剩余海上风机集合启动单元，用于通过对所述海上直流电压可变型换流模块和所述岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动。
综上，本申请第三方面实施例提出的装置，首先，海上直流电压可变型换流模块及部分海上风机集合启动单元利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动；可以令海上风电直流送出系统工作于正向电流、反向电压状态，进而，可以实现有功功率从岸上向海上的传输，可以为海上风电机组提供黑启动电源，从而完成第一海上风机组集合的黑启动。其次，通过二极管整流接入单元利用所述海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；可以避免整流变压器合闸励磁涌流所带来的冲击问题，并使海上二极管整流器的直流输出电压也缓慢提升，避免二极管整流器输出直流电压突然阶跃变化给直流系统带来的冲击。最后，在启动过程中，通过剩余海上风机集合启动单元通过对所述海上直流电压可变型换流模块和所述岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动；可以实现海上风电场有功功率和直流送出功率的平衡，进而，可以将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动，且启动过程平稳无冲击。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例所提供的一种海上风电直流送出系统的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种二极管整流模块的结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种海上直流电压可变型换流模块的结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种海上直流电压可变型辅助MMC的结构示意图；
图5为本申请实施例所提供的一种半桥子模块的结构示意图；
图6为本申请实施例所提供的一种双向电流型全桥子模块的结构示意图；
图7为本申请实施例所提供的一种单向电流型全桥子模块的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种海上风电直流送出系统的启动方法的流程图；
图9为本申请实施例提供的一种启动过程中海上直流电压可变型辅助MMC的控制框图；
图10为本申请实施例提供的一种海上风电直流送出系统的启动装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
在将海上风电输送到岸上的过程中，电缆电容充电电流问题限制了高压交流输电的传输距离，当海上风电场离岸距离较远时，直流输电就几乎成为必然的选择方式。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)技术使柔性直流输电得到了快速发展，但是MMC存在体积和重量较大的问题。并且，随着远海风电场的容量继续不断提高，大型海上换流平台所面临的难题将更加突出，甚至难以实现，已经成为限制远海风电发展的一个最为关键的因素。
相关技术中，为了从根本上改变电压源换流器方式，在海上风电场侧采用二极管整流桥(Diode Rectifier,DR)替代MMC的方案越来越得到关注。
但是，对于二极管整流器直流输电方案，由于二极管整流器无法实现反向功率输送，因此无法单独依靠二极管整流器直流输电线路完成海上风电场的黑启动。为了实现海上风电场的黑启动，还需要加装额外黑启动设备。
一种加装方式是在海上平台安装辅助柴油发电机电源或储能电源，为海上风机提供黑启动电源；但是，如果黑启动电源容量需求较大，在海上平台安装柴油发电机或储能电源的投资和占地将比较大。
另一种加装方式是额外建设辅助线路从岸上提供启动电源，即额外建设一条相对低压小容量的交流输电线路从岸上提供黑启动电源，或者额外建设一条电压相对较低、容量相对较小的柔性直流输电线路从岸上提供黑启动电源；但是，直流输电方案本身就是针对远海风电场的应用，额外建设的辅助电源线路仍将带来额外的投资问题，也会增加海上平台上的额外设备。
另外，上述两种加装方式所额外加装的黑启动电源设备只是在黑启动时起作用，在直流送出系统正常运行时并无作用，设备所得到的效益较低。
其次，二极管整流器方案对交直流侧电压/电流/功率缺乏控制能力，二极管整流器方案对海上交流汇集母线电压/频率和传输功率缺乏控制能力，不能为海上风机提供同步并网交流电压，需要通过数十台甚至数百台风机的协调控制实现海上交流汇集母线的电压和频率控制及二极管整流器传输有功功率的控制。为了解决该问题，可以采用将二极管整流器与较小容量的辅助电压源换流器结合的换流方式。
一种换流方式是将小容量辅助MMC与二极管整流器在交直流侧并联构成混合换流器，在启动过程中通过该小容量辅助MMC为海上风机提供黑启动电源，在正常运行阶段该小容量辅助MMC也可以参与有功功率的调节，起到为风电场提供同步交流并网电压的作用；但是，当二极管整流器与辅助MMC在直流侧并联连接时，辅助MMC仍需设计为较高的额定直流电压，在经济性和占地上并不具备优势。
另一种换流方式是将二极管与辅助MMC串联连接，使辅助MMC可以设计为较低的额定电压；但是如果采用常规的基于半桥子模块的MMC，辅助MMC直流电压通常只能运行在额定值附近，由于二极管整流器决定的直流电流单向特性，串联连接方式难以实现辅助MMC的预充电与海上风电场的黑启动。也可以将辅助MMC设计为具有双向电压可调的能力，在启动阶段使辅助MMC可以输出负压，岸上换流器也可以设计为可以输出小幅负压。这样，在启动阶段直流输电系统工作与正向电流、反向电压状态，可以实现有功功率从岸上向海上的传输，为海上辅助MMC的预充电以及海上风电场的黑启动提供条件；但是这种方案在启动过程中还存在如何同时实现整流器变压器和二极管整流器的平滑投入问题，以及如何保证黑启动过程中风电场有功功率、辅助MMC有功功率、岸上换流器有功功率的平衡问题。
最后，二极管整流方式也带来了较大无功和谐波问题，需要加装无功补偿和滤波设备，带来额外的投资和占地需求。
下面结合具体的实施例对本申请进行详细说明。
图1为本申请实施例所提供的一种海上风电直流送出系统的结构示意图。
如图1所示，本申请实施例提供的一种海上风电直流送出系统，包括：二极管整流模块、海上直流电压可变型换流模块、岸上直流电压可变型换流器；
其中，二极管整流模块和海上直流电压可变型换流模块的交流侧连接至海上风电场，二极管整流模块的直流侧和海上直流电压可变型换流模块的直流侧串联连接后连接至岸上直流电压可变型换流器的直流侧，岸上直流电压可变型换流器交流侧连接至岸上交流电网。
根据一些实施例，二极管整流模块的直流侧和海上直流电压可变型换流模块的直流侧串联连接后连接至岸上直流电压可变型换流器的直流侧时，二极管整流模块的直流侧和海上直流电压可变型换流模块的直流侧串联连接后可以通过直流电缆连接至岸上直流电压可变型换流器的直流侧。
在一些实施例种，岸上直流电压可变型换流器交流侧连接至岸上交流电网时，可以通过第三交流开关连接至岸上交流电网。
在本申请实施例中，图2为本申请实施例所提供的一种二极管整流模块的结构示意图。如图2所示，二极管整流模块包括：第一交流开关K1、海上整流变压器和海上二极管整流器；
其中，海上二极管整流器的交流侧通过海上整流变压器和第一交流开关K1连接至海上风电场，海上二极管整流器的直流侧为二极管整流模块的直流侧。
在本申请实施例中，图3为本申请实施例所提供的一种海上直流电压可变型换流模块的结构示意图。如图3所示，海上直流电压可变型换流模块包括：第二交流开关K2、辅助连接变压器和海上直流电压可变型辅助模块化多电平换流器MMC；
其中，海上直流电压可变型辅助MMC的交流侧通过辅助连接变压器和第二交流开关K2连接至海上风电场，海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧为海上直流电压可变型换流模块的直流侧。
根据一些实施例，图4为本申请实施例所提供的一种海上直流电压可变型辅助MMC的结构示意图。如图4所示，该海上直流电压可变型辅助MMC包括第一相单元、第二相单元和第三相单元这三个相单元，相单元包括上桥臂、上桥臂电感、下桥臂电感和下桥臂；
其中，每一个相单元对应的上桥臂的下端和下桥臂的上端通过上桥臂电感和下桥臂电感相连接，上桥臂的上端与直流正母线相连接，下桥臂的下端与直流负母线相连接，上桥臂电感和下桥臂电感的连接点与该相单元对应的交流母线相连接；
上桥臂和下桥臂均包括至少两个串联的子模块。
其中，第一相单元与交流母线A相连接。第二相单元与交流母线B相连接。第三相单元与交流母线C相连接。第一相单元对应的上桥臂的上端、第二相单元对应的上桥臂的上端和第三相单元对应的上桥臂的上端均连接至直流正母线DC+。第一相单元对应的下桥臂的下端、第二相单元对应的下桥臂的下端和第三相单元对应的下桥臂的下端均连接至直流负母线DC-。
根据一些实施例，上桥臂对应的子模块和下桥臂对应的子模块在进行串联时，子模块串联的方式包括但不限于穿插串联、整体串联等等。
在一些实施例中，当子模块串联的方式为整体串联时，所有的半桥子模块串联为半桥子模块组，所有的全桥子模块串联为全桥子模块组，之后半桥子模块组与全桥子模块组进行串联。其中，半桥子模块组与全桥子模块组进行串联时的串联顺序可以为半桥子模块组在前，全桥子模块组在后；也可以为全桥子模块组在前，半桥子模块组在后。
在一些实施例中，当子模块串联的方式为穿插串联时，串联过程中全桥子模块和半桥子模块的穿插形式并不特指某一固定形式。例如，可以为两个全桥子模块之间通过一个半桥子模块相串联，也可以为两个全桥子模块之间通过两个半桥子模块相串联。
根据一些实施例，上桥臂和下桥臂均包括至少两个串联的子模块时，该子模块可以仅为全桥子模块。该子模块也可以同时包括半桥子模块和全桥子模块。
在一些实施例中，全桥子模块包括双向电流型全桥子模块和单向电流型全桥子模块。
根据一些实施例，图5为本申请实施例所提供的一种半桥子模块的结构示意图。如图5所示，半桥子模块包括：第一开关S1、第二开关S2、第一二极管D1、第二二极管D2和第一储能电容C1；
其中，第一开关S1的集电极和第二开关S2的发射极为半桥子模块的第一端子，第二开关S2的集电极连接第一储能电容C1的正极，第一开关S1的发射极和第一储能电容C1的负极为半桥子模块的第二端子；
第一二极管D1的正极连接第一开关S1的发射极，第一二极管D1的负极连接第一开关S1的集电极，第二二极管D2的正极连接第二开关S2的发射极，第二二极管D2的负极连接第二开关S2的集电极。
在一些实施例中，图6为本申请实施例所提供的一种双向电流型全桥子模块的结构示意图。如图6所示，该双向电流型全桥子模块包括：第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6和第二储能电容C2；
其中，第三开关S3的发射极和第四开关S4的集电极为双向电流型全桥子模块的第一端子，第五开关S5的发射极和第六开关S6的集电极为非对称全桥子模块的第二端子，第三开关S3的集电极和第五开关S5的集电极连接第二储能电容C2的正极，第四开关S4的发射极和第六开关S6的发射极连接第二储能电容C2的负极；
第三二极管D3的正极连接第三开关S3的发射极，第三二极管D3的负极连接第三开关S3的集电极，第四二极管D4的正极连接第四开关S4的发射极，第四二极管D4的负极连接第四开关S4的集电极，第五二极管D5的正极连接第五开关S5的发射极，第五二极管D5的负极连接第五开关S5的集电极，第六二极管D6的正极连接第六开关S6的发射极，第六二极管D6的负极连接第六开关S6的集电极。
在一些实施例中，当全桥子模块中包括四个开关时，该全桥子模块为双向电流型全桥子模块。该双向电流型全桥子模块可以通过去掉至少一个开关转换为特殊全桥子模块拓扑结构。例如，当同时去掉第三开关S3和第六开关S6，或者同时去掉第四开关S4和第五开关S5时，该双向电流型全桥子模块可以转换为单向电流型全桥子模块，如图7所示。
根据一些实施例，本申请实施例提供的开关，例如，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6，并不特指某一固定种类的开关。该开关的类型包括但不限于双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)、门极可关断晶闸管(Gate Turn-off Thyristor，GTO)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)、集成门极换流晶闸管(Integrated Gate Commuted Transistor，IGCT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)等等。
综上，本申请实施例提出的海上风电直流送出系统，包括：二极管整流模块、海上直流电压可变型换流模块、岸上直流电压可变型换流器；其中，二极管整流模块和海上直流电压可变型换流模块的交流侧连接至海上风电场，二极管整流模块的直流侧和海上直流电压可变型换流模块的直流侧串联连接后连接至岸上直流电压可变型换流器的直流侧，岸上直流电压可变型换流器交流侧连接至岸上交流电网。本申请通过采用二极管整流模块和海上直流电压可变型换流模块串联的方式，可以提供一种海上风电输出成本低、输送效率高、输送效果好的海上风电直流送出系统。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种海上风电直流送出系统的启动方法。
图8为本申请实施例提供的一种海上风电直流送出系统的启动方法的流程图。
如图8所示，一种海上风电直流送出系统的启动方法，包括：
S110，利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动；
S120，利用海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；
S130，通过对海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动。
在本申请实施例中，海上直流电压可变型换流模块包括海上直流电压可变型辅助MMC，海上直流电压可变型辅助MMC包括至少两个子模块，利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动，包括：
确定直流电压目标值Vdc1，并根据直流电压目标值Vdc1控制岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电压模式，直流电压目标值根据海上直流电压可变型辅助MMC的子模块电容电压的预设启动电压值确定；
控制海上直流电压可变型辅助MMC的子模块依次投入，并利用岸上直流电压可变型换流器对子模块电容进行充电，直至所有子模块电容电压均达到预设启动电压值，以完成海上直流电压可变型辅助MMC的启动；
确定第一直流电流目标值，并根据第一直流电流目标值控制岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式，第一直流电流目标值为海上风电直流送出系统的额定直流电流；
利用海上直流电压可变型辅助MMC为第一海上风机组集合提供交流电压，以完成第一海上风机组集合的黑启动。
根据一些实施例，二极管整流模块的直流侧和海上直流电压可变型换流模块的直流侧串联连接后可以通过直流电缆连接至岸上直流电压可变型换流器的直流侧。当利用岸上直流电压可变型换流器对海上直流电压可变型辅助MMC中的子模块电容进行充电时，可以通过直流电缆输送的电流对该子模块电容进行充电。
根据一些实施例，直流电压目标值Vdc1并不特指某一固定值。例如，该直流电压目标值Vdc1可以为-200kV；该直流电压目标值Vdc1也可以为-300kV。
在一些实施例中，预设启动电压值并不特指某一固定电压值。当接收到针对额定预设启动电压值的修改指令时，该预设启动电压值可以发生变化。例如，该预设启动电压值可以为1500V。该预设启动电压值也可以为1600V。
根据一些实施例，海上直流电压可变型换流模块还包括第二交流开关K2，当利用海上直流电压可变型辅助MMC为海上交流电网提供交流电压，通过闭合第二交流开关K2，使海上直流电压可变型辅助MMC为海上交流电网提供交流电压。
在一些实施例中，当对第一海上风机组集合进行黑启动时，可以依次将第一海上风机组集合中的海上风机组连接至海上交流电网，进而可以完成第一海上风机组集合的黑启动以及并网发电。
在本申请实施例中，在利用海上直流电压可变型辅助MMC为海上交流电网提供交流电压，以完成第一海上风机组集合的黑启动之前，还包括：
令海上直流电压可变型辅助MMC的交流侧工作于定交流电压模式，使海上直流电压可变型辅助MMC输出的交流电压为额定幅值和额定频率的交流电压；
令海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧工作于定子模块电容电压模式，通过控制海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧输出的直流输出电压，控制海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧吸收或输出有功功率，以使海上直流电压可变型辅助MMC对应的子模块电容电压为额定电压值。
根据一些实施例，海上直流电压可变型换流模块还包括海上直流电压可变型辅助MMC交流侧控制器和海上直流电压可变型辅助MMC直流侧控制器。令海上直流电压可变型辅助MMC交流侧控制器运行于定交流电压控制模式，可以使海上直流电压可变型辅助MMC的交流侧工作于定交流电压模式。令海上直流电压可变型辅助MMC直流侧控制器运行于定子模块电容电压控制模式，可以使海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧工作于定子模块电容电压模式。
在本申请实施例中，在确定直流电流目标值，并根据直流电流目标值控制岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式之前，还包括：
通过岸上交流电网完成对岸上直流电压可变型换流器的启动。
根据一些实施例，岸上直流电压可变型换流器交流侧连接至岸上交流电网时，可以通过第三交流开关连接至岸上交流电网。因此，当通过岸上交流电网完成对岸上直流电压可变型换流器的启动时，可以通过闭合第三交流开关，通过岸上交流电网完成对岸上直流电压可变型换流器的启动。
在本申请实施例中，二极管整流模块包括第一交流开关K1、海上整流变压器和海上二极管整流器，利用海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，海上直流电压可变型换流模块包括海上直流电压可变型辅助MMC，海上直流电压可变型辅助MMC包括至少两个子模块，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网，包括：
确定第二直流电流目标值，并根据第二直流电流目标值控制岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式，第二直流电流目标值根据海上直流电压可变型辅助MMC和海上二极管整流器的容量确定；
控制海上直流电压可变型换流模块输出的交流电压下降至初始电压；
闭合第一交流开关，令海上整流变压器和海上二极管整流器连接至海上交流电网；
控制海上直流电压可变型换流模块输出的交流电压从预设电压阈值开始按照预设抬升速率进行抬升，直至交流电压额定幅值。
根据一些实施例，第二直流电流目标值为小于额定直流电流的目标值。该第二直流电流目标值并不特指某一固定值。例如，该第二直流电流目标值可以为700A；该第二直流电流目标值也可以为800A。
根据一些实施例，根据第二直流电流目标值控制岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式可以保证海上风电场有功功率、海上直流电压可变型辅助MMC有功功率、岸上直流电压可变型换流器有功功率之间的平衡。
根据一些实施例，初始电压并不特指某一固定电压。例如，该初始电压的电压范围可以为0.2pu-0.5pu。该初始电压可以为13kV；该初始电压也可以为20kV。
在一些实施例中，预设抬升速率并不特指某一固定速率。例如，该预设抬升速率可以不低于0.5pu/s。
在本申请实施例中，海上直流电压可变型换流模块包括海上直流电压可变型辅助MMC，对海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，包括：
确定第三直流电流目标值的初始值、增加速率和最终值，并根据第三直流电流目标值控制岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式，第三直流电流目标值的初始值根据海上直流电压可变型辅助MMC和海上二极管整流器的容量确定，第三直流电流目标值的增加速率根据海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网的连接速率确定，第三直流电流目标值的最终值为海上风电直流送出系统的额定直流电流。
根据一些实施例，第三直流电流目标值为小于额定直流电流的目标值。该第三直流电流目标值并不特指某一固定值。例如，该第三直流电流目标值可以为700A；该第三直流电流目标值也可以为800A。
根据一些实施例，第三直流电流目标值的增加速率并不特指某一固定速率。例如，该速率可以为2.5pu/s。
根据一些实施例，图9为本申请实施例提供的一种启动过程中海上直流电压可变型辅助MMC的控制框图。如图9所示，对海上直流电压可变型辅助MMC进行控制时，可以由交流参考电压生成模块产生交流参考电压，由电容电压平衡模块产生直流参考电压，并通过调制环节产生触发脉冲信号，最终根据触发脉冲信号对海上直流电压可变型辅助MMC进行控制。
综上，本申请实施例提出的方法，首先，通过利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，可以令海上风电直流送出系统工作于正向电流、反向电压状态，进而，可以实现有功功率从岸上向海上的传输，可以为海上风电机组提供黑启动电源，从而完成第一海上风机组集合的黑启动。其次，通过利用海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；可以避免整流变压器合闸励磁涌流所带来的冲击问题，并使海上二极管整流器的直流输出电压也缓慢提升，避免二极管整流器输出直流电压突然阶跃变化给直流系统带来的冲击。最后，在启动过程中，通过对海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器进行控制，可以实现海上风电场有功功率和直流送出功率的平衡，进而，可以将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动，且启动过程平稳无冲击。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种海上风电直流送出系统的启动装置。
图10为本申请实施例提供的一种海上风电直流送出系统的启动装置的结构示意图。
如图10所示，一种海上风电直流送出系统的启动装置100，包括：
海上直流电压可变型换流模块及部分海上风机集合启动单元101，用于利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动；
二极管整流接入单元102，用于利用海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；
剩余海上风机集合启动单元103，用于通过对海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动。
综上，本申请实施例提出的装置，首先，海上直流电压可变型换流模块及部分海上风机集合启动单元利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动；可以令海上风电直流送出系统工作于正向电流、反向电压状态，进而，可以实现有功功率从岸上向海上的传输，可以为海上风电机组提供黑启动电源，从而完成第一海上风机组集合的黑启动。其次，通过二极管整流接入单元利用海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；可以避免整流变压器合闸励磁涌流所带来的冲击问题，并使海上二极管整流器的直流输出电压也缓慢提升，避免二极管整流器输出直流电压突然阶跃变化给直流系统带来的冲击。最后，在启动过程中，通过剩余海上风机集合启动单元通过对海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动；可以实现海上风电场有功功率和直流送出功率的平衡，进而，可以将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动，且启动过程平稳无冲击。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种海上风电直流送出系统，其特征在于，包括：二极管整流模块、海上直流电压可变型换流模块、岸上直流电压可变型换流器；
其中，所述二极管整流模块和所述海上直流电压可变型换流模块的交流侧连接至海上风电场，所述二极管整流模块的直流侧和所述海上直流电压可变型换流模块的直流侧串联连接后连接至所述岸上直流电压可变型换流器的直流侧，所述岸上直流电压可变型换流器交流侧连接至岸上交流电网。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二极管整流模块包括：第一交流开关、海上整流变压器和海上二极管整流器；
其中，所述海上二极管整流器的交流侧通过所述海上整流变压器和所述第一交流开关连接至所述海上风电场，所述海上二极管整流器的直流侧为所述二极管整流模块的直流侧。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述海上直流电压可变型换流模块包括：第二交流开关、辅助连接变压器和海上直流电压可变型辅助模块化多电平换流器MMC；
其中，所述海上直流电压可变型辅助MMC的交流侧通过所述辅助连接变压器和所述第二交流开关连接至所述海上风电场，所述海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧为所述海上直流电压可变型换流模块的直流侧。
4.一种海上风电直流送出系统的启动方法，其特征在于，包括：
利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动；
利用所述海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；
通过对所述海上直流电压可变型换流模块和所述岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动。
5.如权利要求4所述的启动方法，其特征在于，所述海上直流电压可变型换流模块包括海上直流电压可变型辅助MMC，所述海上直流电压可变型辅助MMC包括至少两个子模块，所述利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动，包括：
确定直流电压目标值，并根据所述直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电压模式，所述直流电压目标值根据所述海上直流电压可变型辅助MMC的子模块电容电压的预设启动电压值确定；
控制所述海上直流电压可变型辅助MMC的子模块依次投入，并利用所述岸上直流电压可变型换流器的负压输出对子模块电容进行充电，直至所有子模块电容电压均达到预设启动电压值，以完成海上直流电压可变型辅助MMC的启动；
确定第一直流电流目标值，并根据所述第一直流电流目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式，所述第一直流电流目标值为海上风电直流送出系统的额定直流电流；
利用所述海上直流电压可变型辅助MMC为所述第一海上风机组集合提供交流电压，以完成第一海上风机组集合的黑启动。
6.如权利要求5所述的启动方法，其特征在于，在所述利用所述海上直流电压可变型辅助MMC为所述海上交流电网提供交流电压，以完成第一海上风机组集合的黑启动之前，还包括：
令所述海上直流电压可变型辅助MMC的交流侧工作于定交流电压模式，使所述海上直流电压可变型辅助MMC输出的交流电压为额定幅值和额定频率的交流电压；
令所述海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧工作于定子模块电容电压模式，通过控制所述海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧输出的直流输出电压，控制所述海上直流电压可变型辅助MMC的直流侧吸收或输出有功功率，以使所述海上直流电压可变型辅助MMC对应的子模块电容电压为额定电压值。
7.如权利要求5所述的启动方法，其特征在于，在所述确定直流电压目标值，并根据所述直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电压模式之前，还包括：
通过岸上交流电网完成对所述岸上直流电压可变型换流器的启动。
8.如权利要求4所述的启动方法，其特征在于，所述二极管整流模块包括第一交流开关、海上整流变压器和海上二极管整流器，所述海上直流电压可变型换流模块包括海上直流电压可变型辅助MMC，所述海上直流电压可变型辅助MMC包括至少两个子模块，所述利用所述海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网，包括：
确定第二直流电流目标值，并根据所述第二直流电流目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式，所述第二直流电流目标值根据所述海上直流电压可变型辅助MMC和所述海上二极管整流器的容量确定；
控制所述海上直流电压可变型换流模块输出的交流电压下降至初始电压；
闭合所述第一交流开关，令所述海上整流变压器和所述海上二极管整流器连接至所述海上交流电网；
控制所述海上直流电压可变型换流模块输出的交流电压从预设电压阈值开始按照预设抬升速率进行抬升，直至交流电压额定幅值。
9.如权利要求4所述的启动方法，其特征在于，所述海上直流电压可变型换流模块包括海上直流电压可变型辅助MMC，所述对所述海上直流电压可变型换流模块和所述岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，包括：
确定第三直流电流目标值的初始值、增加速率和最终值，并根据所述第三直流电流目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器工作于定直流电流模式，所述第三直流电流目标值的初始值根据所述海上直流电压可变型辅助MMC和所述海上二极管整流器的容量确定，所述第三直流电流目标值的增加速率根据海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网的连接速率确定，所述第三直流电流目标值的最终值为海上风电直流送出系统的额定直流电流。
10.一种海上风电直流送出装置，其特征在于，包括：
海上直流电压可变型换流模块及部分海上风机集合启动单元，用于利用海上直流电压可变型换流模块和岸上直流电压可变型换流器的负压输出功能，完成第一海上风机组集合的黑启动；
二极管整流接入单元，用于利用所述海上直流电压可变型换流模块的交流输出电压可控功能，以及海上风电机组的低压穿越功能，令二极管整流模块以交流电压从初始电压开始按照预设抬升速率进行抬升的方式接入海上交流电网；
剩余海上风机集合启动单元，用于通过对所述海上直流电压可变型换流模块和所述岸上直流电压可变型换流器进行控制，将海上风电场中除第一海上风机组集合之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成海上风电直流送出系统的启动。
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