CN116054221A - 一种海上风电混合直流送出系统及启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海上风电混合直流送出系统及启动方法，一种海上风电混合直流送出系统包括：控制装置和拓扑电路，控制装置和拓扑电路连接；其中，拓扑电路包括海上风电场、海上换流阀、直流海缆、陆上换流阀、三绕组变压器和陆上电网；海上换流阀与海上风电场连接，并经直流海缆与陆上换流阀相连；陆上换流阀与三绕组变压器连接；三绕组变压器包括网侧高压绕组、阀侧高压绕组和阀侧低压绕组，网侧高压绕组通过第一断路器与陆上电网连接，阀侧高压绕组和阀侧低压绕组分别经过第二断路器、第三断路器与陆上换流阀连接。该系统能够实现海上风电直流送出系统的轻型化，降低成本，同时具备黑启动功能。

Description

一种海上风电混合直流送出系统及启动方法

技术领域

本发明涉及海上风电技术领域，尤其是涉及一种海上风电混合直流送出系统及启动方法。

背景技术

目前海上风电的直流送出方案通常采用基于模块化多电平换流阀(MMC)的柔性直流输电方案，该方案海上换流阀平台体积大，投入成本高。为了实现海上换流阀和换流站平台的轻型化，降低海上风电送出系统的成本，目前采用基于二极管的送出方案，其包括纯二极管方案、二极管与辅助MMC并联方案、二极管与辅助MMC串联方案等。上述各种方案要实现实际工程应用，就必须解决海上风电场黑启动的问题。目前，海上风电场的黑启动是指整个系统停运后，系统全部停电，处于全“黑”状态，通过陆上往海上送电，启动海上风电场部分风机，然后逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的启动和恢复。

目前，由于纯二极管的方案存在黑启动困难的问题，所以目前采用增加辅助海缆用于黑启动的方案，但是该方案额外的海缆敷设增加了成本；而通过给海上风电场配置大容量柴油机解决黑启动问题，而该方案大容量柴油机体积大，也增加了运维成本。二极管与辅助MMC并联的方案，可以解决黑启动问题，但由于辅助MMC并联在直流侧，仍需设计为较高的额定直流电压，子模块数目较多，因此体积和成本并不能有效降低。

发明内容

因此，本发明技术方案主要解决现有海上风电的直流送出系统体积大和成本高的缺陷，从而提供一种海上风电混合直流送出系统及启动方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种海上风电混合直流送出系统，包括：控制装置和拓扑电路，所述控制装置和所述拓扑电路连接；其中，

所述拓扑电路包括海上风电场、海上换流阀、直流海缆、陆上换流阀、三绕组变压器和陆上电网；所述海上换流阀与所述海上风电场连接，并经所述直流海缆与所述陆上换流阀相连；所述陆上换流阀与所述三绕组变压器连接；所述三绕组变压器包括网侧高压绕组、阀侧高压绕组和阀侧低压绕组，所述网侧高压绕组通过第一断路器与所述陆上电网连接，所述阀侧高压绕组和所述阀侧低压绕组分别经过第二断路器、第三断路器与所述陆上换流阀连接；

所述控制装置，用于获取陆上换流阀的陆上充电电压和海上换流阀的海上充电电压，并基于所述陆上充电电压和所述海上充电电压向所述海上换流阀发送解锁供电指令；其中，所述陆上充电电压和所述海上充电电压由所述第一断路器和所述第三断路器闭合后，所述陆上电网经过所述阀侧低压绕组输出的第一工作电压向所述陆上换流阀和所述海上换流阀充电生成；

所述海上换流阀，用于接收所述解锁供电指令，对所述海上风电场中的风机进行供电；

所述控制装置，还用于当预设数量的风机完成启动后，控制所述陆上换流阀，使得直流海缆的海上侧端口电压高于额定电压时，向所述第三断路器发送第一断开指令，向所述第二断路器发送第二闭合指令，以及向所述陆上换流阀发送闭锁指令；所述第三断路器基于所述第一断开指令断开，所述第二断路器基于所述第二闭合指令闭合，所述陆上换流阀基于所述闭锁指令闭锁；

所述陆上电网，还用于在获取所述第三断路器断开，所述第二断路器闭合的状态时，经所述阀侧高压绕组输出第二工作电压，所述第二工作电压用于向所述陆上换流阀供电。

本发明实施例提供的一种海上风电混合直流送出系统及启动方法，由于启动阶段海上换流阀只投入容量较小的海上辅助模块化多电平换流阀，只需要较小的直流电压，因此，为了避免陆上换流阀出现过调制的情况，陆上设置了由阀侧低压绕组、阀侧高压绕组和网侧高压绕组构成的三绕组变压器，启动阶段陆上电网通过阀侧低压绕组对陆上换流阀和海上换流阀进行充电，控制装置基于陆上换流阀和海上换流阀的实时充电电压向海上换流阀发送解锁指令，进而利用海上换流阀对海上风电场提供启动电源，实现了陆上电网通过陆上换流阀和海上换流阀向海上风电场反送启动电源的功能，保证海上风电场正常启动；其次，在海上风电场正常启动后，陆上电网通过阀侧高压绕组对陆上换流阀供电，提升直流电压并对直流海缆充电直至略高于额定电压，在保证二极管反向关断的条件下海上换流阀投入二极管换流阀，避免投入二极管换流阀时产生冲击，最终实现了海上风电送出系统的平稳运行。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述控制装置，还用于分别向所述第一断路器和所述第三断路器发送至少一个控制指令，至少一个控制指令用于控制所述第一断路器和所述第三断路器闭合，其中所述第三断路器闭合后，所述陆上电网经过所述阀侧低压绕组输出第一工作电压后，向所述陆上换流阀和所述海上换流阀充电。

结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述控制装置，还用于实时检测所述陆上换流阀的陆上充电电压和所述海上换流阀的海上充电电压，当所述陆上充电电压达到第一电压阈值，且所述海上充电电压达到第二电压阈值时，向所述海上换流阀发送解锁供电指令。

结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述陆上换流阀包括多个桥臂，每个桥臂由多个半桥子模块组成；其中，所述半桥子模块包括：电容、第一反并联二极管、与所述第一反并联二极管并联的第一全控器件、第二反并联二极管和与所述第二反并联二极管并联的第二全控器件。

结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述控制装置，所述控制装置，还用于在获取所述第一断路器和所述第三断路器的闭合状态时，向所述陆上换流阀发送不控充电指令，并获取电容电压，基于所述电容电压向所述陆上换流阀发送可控充电指令。

结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述海上换流阀，包括：海上辅助模块化多电平换流阀、以及与所述海上辅助模块化多电平换流阀直流侧串联连接的第一二极管换流阀和第二二极管换流阀；

其中，所述海上辅助模块化多电平换流阀依次经第四断路器、第一联结变和第五断路器与所述海上风电场连接；所述第一二极管换流阀依次经第六断路器、第二联结变和第七断路器与所述海上风电场连接；所述第二二极管换流阀依次经第八断路器、第三联结变和第九断路器与所述海上风电场连接；

所述海上辅助模块化多电平换流阀，用于获取第四断路器、所述第五断路器、第七断路器和第九断路器闭合的状态时，向所述海上风电场进行供电；其中所述第四断路器和所述第五断路器基于所述解锁供电指令进行闭合。

结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，还包括：第一旁路开关和第二旁路开关；其中，所述第一旁路开关与所述第一二极管换流阀的直流侧并联连接，与所述第二旁路开关与所述第二二极管换流阀的直流侧并联连接。

结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，还用于：

当检测到所述第一断路器和所述第三断路器处于闭合状态时，向所述第一旁路开关和所述第二旁路开关发送第四闭合指令；

当检测到所述第一旁路开关和所述第二旁路开关处于闭合状态时，向所述海上换流阀发送不控充电指令，并基于所述电容电压向所述海上换流阀发送可控充电指令。

结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述控制装置，还用于当所述预设数量的风机完成启动时，向所述海上辅助模块化多电平换流阀发送空载运行指令，并分别向所述第一旁路开关与所述第二旁路开关发送第二断开指令。

第二方面，本发明实施例还提供了一种海上风电混合直流送出系统的启动方法，应用于海上风电送出系统，所述方法包括：

获取陆上换流阀的陆上充电电压和海上换流阀的海上充电电压，并基于所述陆上充电电压和所述海上充电电压向所述海上换流阀发送解锁供电指令，以启动海上风电场中的风机；所述陆上充电电压和所述海上充电电压利用阀侧低压绕组分别向所述陆上换流阀和所述海上换流阀充电生成；

当预设数量的风机完成启动后，控制所述陆上换流阀使得直流海缆的海上侧端口电压高于额定电压时，向第三断路器发送第一断开指令，向第二断路器发送第二闭合指令，以及向所述陆上换流阀发送闭锁指令，以利用阀侧高压绕组向所述陆上换流阀供电。

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一种海上风电混合直流送出系统的电路图；

图2为本发明实施例提供的一种半桥子模块的内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种海上风电混合直流送出系统的启动方法的流程图；

图4为本发明实施例中电子设备的一个具体示例图。

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“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。另外，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、机械连接，也可以是电连接；或者可以是直接相连，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。

本发明实施例提供了一种海上风电混合直流送出系统，如图1所示，包括：控制装置1和拓扑电路2，上述控制装置1和上述拓扑电路2连接；其中，

上述拓扑电路2包括海上风电场3、海上换流阀4、直流海缆5、陆上换流阀6、三绕组变压器7和陆上电网8；上述海上换流阀4与上述海上风电场3连接，并经上述直流海缆5与上述陆上换流阀6相连；上述陆上换流阀6与上述三绕组变压器7连接；上述三绕组变压器7包括网侧高压绕组9、阀侧高压绕组10和阀侧低压绕组11，上述网侧高压绕组9通过第一断路器12与上述陆上电网8连接，上述阀侧高压绕组10和上述阀侧低压绕组11分别经过第二断路器13、第三断路器14与上述陆上换流阀6连接；

上述控制装置1，用于获取陆上换流阀6的陆上充电电压和海上换流阀4的海上充电电压，并基于上述充电电压和上述海上充电电压向上述海上换流阀4发送解锁供电指令；其中，上述陆上充电电压和上述海上充电电压由上述第一断路器12和上述第三断路器14闭合后，上述陆上电网8经过上述阀侧低压绕组11输出的第一工作电压分别向上述陆上换流阀6和上述海上换流阀4充电生成。

具体地，上述控制装置1，还用于分别向上述第一断路器12(Brk1)和上述第三断路器14(Brk3)发送至少一个控制指令，至少一个控制指令用于控制上述第一断路器12(Brk1)和上述第三断路器14(Brk3)闭合，其中上述第三断路器14(Brk3)闭合后，上述陆上电网8经过上述阀侧低压绕组11输出的第一工作电压向上述陆上换流阀6和上述海上换流阀4充电。

进一步地，上述控制装置1，还用于实时检测上述陆上换流阀6的陆上充电电压和上述海上换流阀4的海上充电电压，当上述陆上充电电压达到第一电压阈值，且上述海上充电电压达到第二电压阈值时，向上述海上换流阀4发送解锁供电指令。

上述海上换流阀4，用于接收上述解锁供电指令，对上述海上风电场3中的风机进行供电。

上述控制装置1，还当预设数量的风机完成启动后，控制所述陆上换流阀6，使得直流海缆5的海上侧端口电压高于额定电压时，向上述第三断路器14发送断开指令，向上述第二断路器13发送第二闭合指令，以及向上述陆上换流阀6发送闭锁指令；上述第三断路器14基于断开指令断开，上述第二断路器13基于上述第二闭合指令闭合，上述陆上换流6阀基于所述闭锁指令闭锁；

上述陆上电网8，还用于在获取上述第三断路器14断开，上述第二断路器13闭合的状态时，经上述阀侧高压绕组10输出第二工作电压，上述第二工作电压用于向上述陆上换流阀6供电。

具体地，控制装置1在预设数量的风机完成启动后，控制陆上换流阀使得直流海缆海上侧端口电压高于额定电压时，将陆上换流阀6闭锁，第三断路器14(Brk3)断开，第二断路器13(Brk2)闭合，三绕组变压器7切换到阀侧高压绕组10，完成绕组切换后陆上换流阀6重新解锁，继续给海缆充电，同时合上第六断路器29(Brk6)与上述第八断路器32(Brk8)，投入海上二极管阀，之后控制装置1通过陆上换流阀6控制直流端口电压逐渐降低，直至二极管阀导通，海上风电送出系统转入正常运行。

本实施例提出的一种海上风电混合直流送出系统，由于启动阶段海上换流阀只投入容量较小的海上辅助模块化多电平换流阀，只需要较小的直流电压，因此，为了避免陆上换流阀出现过调制的情况，陆上设置了由阀侧低压绕组、阀侧高压绕组和网侧高压绕组构成的三绕组变压器，启动阶段陆上电网通过阀侧低压绕组对陆上换流阀和海上换流阀进行充电，控制装置基于陆上换流阀和海上换流阀的实时充电电压向海上换流阀发送解锁指令，进而利用海上换流阀对海上风电场提供启动电源，实现了陆上电网通过陆上换流阀和海上换流阀向海上风电场反送启动电源的功能，保证海上风电场正常启动；其次，在海上风电场正常启动后，陆上电网通过阀侧高压绕组对陆上换流阀供电，提升直流电压并对直流海缆充电直至略高于额定电压，在保证二极管反向关断的条件下海上换流阀投入二极管换流阀，避免投入二极管换流阀时产生冲击，最终实现了海上风电送出系统的平稳运行。

作为本发明一个可选实施方式，如图2所示，上述陆上换流阀6包括多个桥臂，每个桥臂由多个半桥子模块15组成；其中，上述半桥子模块15包括：电容16、第一反并联二极管17、与上述第一反并联二极管17并联的第一全控器件18、第二反并联二极管19和与上述第二反并联二极管19并联的第二全控器件20。

具体地，如图2所示，陆上换流阀6设置有三个相单元，每个相单元包含上下两个桥臂，图2中的T₁表示第一全控器件18，T₂表示第二全控器件20，其中第一全控器件18与第二全控器件20可以采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或集成门极换流晶闸管(IGCT)，D₁表示第一反并联二极管17，D₂表示第二反并联二极管19，C表示电容16。

作为本发明一个可选实施方式，上述控制装置1，还用于在获取上述第一断路器12和上述第三断路器14的闭合状态时，向上述陆上换流阀6发送不控充电指令，并获取电容电压，基于上述电容电压向上述陆上换流阀6发送可控充电指令。

进一步地，陆上电网8通过阀侧低压绕组给半桥子模块15中的电容16进行不控充电，不控充电阶段陆上换流阀6闭锁，通过半桥子模块15内的第一反并联二极管17和第二反并联二极管19对电容16进行充电，通常电容电压达到其30％额定电压时对该半桥子模块15进行触发控制，此时控制装置1发送可控充电指令，半桥子模块15由不控充电转为可控充电。

进一步地，完成不控充电后解锁陆上换流阀6，进行可控充电，采用定直流电压和定无功功率控制建立直流电压，启动过程总只输出较小的直流电压(如额定电压的10％，此时直流电压指令值取10％额定值，无功功率指令取零)，此时投入的半桥子模块15数较少，为了保证启动过程所有半桥子模块15电容电压平衡，采用轮转的方式交替投入半桥子模块15，控制装置1监测所有半桥子模块15的电容电压，通过对半桥子模块15电容电压进行排序交替投入半桥子模块15，不同半桥子模块15轮转交替投入过程中始终保持有10％的半桥子模块15处于投入状态。

作为本发明一个可选实施方式，上述海上换流阀4，包括：海上辅助模块化多电平换流阀21、以及与上述海上辅助模块化多电平换流阀21直流侧串联连接的第一二极管换流阀22和第二二极管换流阀23；

其中，上述海上辅助模块化多电平换流阀21依次经第四断路器26、第一联结变27和第五断路器28与上述海上风电场3连接；上述第一二极管换流阀22依次经第六断路器29、第二联结变30和第七断路器31与上述海上风电场3连接；上述第二二极管换流阀23依次经第八断路器32、第三联结变33和第九断路器34与上述海上风电场3连接；

上述海上辅助模块化多电平换流阀21，用于获取第四断路器26、上述第五断路器28、第七断路器31和第九断路器34闭合的状态时，向上述海上风电场3进行供电；其中上述第四断路器26和上述第五断路器28基于上述解锁供电指令进行闭合。

作为本发明一个可选实施方式，还包括：第一旁路开关24和第二旁路开关25；其中，所述第一旁路开关24与所述第一二极管换流阀22的直流侧并联连接，与所述第二旁路开关25与所述第二二极管换流阀23的直流侧并联连接。

作为本发明一个可选实施方式，上述控制装置1，还用于：

当检测到上述第一断路器12和上述第三断路器14处于闭合状态时，向上述第一旁路开关24和上述第二旁路开关25发送第四闭合指令。

当检测到所述第一旁路开关和所述第二旁路开关处于闭合状态时，向所述海上换流阀发送不控充电指令，并基于所述电容电压向所述海上换流阀发送可控充电指令。

具体地，基于上述控制装置1发送的控制指令闭合第一断路器12(Brk1)和第三断路器14(Brk3)，基于第四闭合指令闭合二极管两侧的第一旁路开关24(BP1)和第二旁路开关25(BP2)，使得直流回路处于通畅状态。

进一步地，当上述海上辅助模块化多电平换流阀21(简称海上辅助MMC)的充电电压达到预设电压后，基于控制装置1发送的供电指令闭合第四断路器26(Brk4)、第五断路器28(Brk5)、第七断路器31(Br7)、第九断路器34(Brk9)，进而解锁海上辅助模块化多电平换流阀21，采用定交流电压幅值和频率控制，从零开始建立交流侧电压，为海上风机提供启动电源，同时给第二联结变30和第三联结变33励磁。

进一步地，当所述预设数量的风机完成启动时，向所述海上辅助模块化多电平换流阀21发送空载运行指令，并分别向所述第一旁路开关24与所述第二旁路开关25发送第二断开指令。

进一步地，海上风电场3启动少量风机(可根据不同的运行环境对风机数量进行设置)，待风机启动完成之后控制海上辅助模块化多电平换流阀21运行在空载状态，接着断开第一旁路开关24(BP1)和第二旁路开关25(BP2)。

进一步地，为了避免合上第六断路器29(Brk6)与上述第八断路器32和(Brk8)时第一二极管换流阀22和第二二极管换流阀23带来的直流电压冲击，先通过陆上换流阀6提升直流电压并对直流海缆5充电直至略高于额定电压，此时第一二极管换流阀22和第二二极管换流阀23反向关断，此时合上第六断路器29(Brk6)与上述第八断路器32和(Brk8)，投入第一二极管换流阀22和第二二极管换流阀23。

进一步地，控制装置1在检测预设数量的风机完成、第一旁路开关24(BP1)和第二旁路开关25(BP2)断开，以及控制陆上换流阀6使得直流海缆5海上侧端口电压高于额定电压时，将陆上换流阀6闭锁，第三断路器14(Brk3)断开，第二断路器13(Brk2)闭合，之后重新解锁换流阀6，继续给海缆充电；进而控制装置1控制陆上换流阀6的直流端口电压逐渐降低，直至第一二极管换流阀22和第二二极管换流阀23导通，海上换流阀4与陆上换流阀之间的直流侧平稳连接，海上风电送出系统转入正常运行；其中，若海上风电场3为跟网型风机时，海上风电送出系统转入正常运行后并网点处的储能电源或柴油发电机可有序退出。

进一步地，当检测上述预设数量的风机完成启动时，控制装置1获取海上风电场3中风机的类型，若为海上风电场3为构网型风机，构网型风机运行在孤岛模式；若海上风电场3为跟网型风机，闭合第十断路器Brk10和第十一断路器Brk11，由并网点的储能电源或柴油发电机为风机提供构网电源，或利用风机内部耗能装置实现转入正常运行之前短时间内已启动风机的能量耗散。

上述海上换流阀采用二极管换流阀和辅助MMC换流阀串联的方式，能够有效降低海上换流站的体积和成本，二极管换流阀并联旁路开关，陆上换流阀采用带阀侧低压绕组的变压器，低压启动绕组和旁路开关为海上风电场黑启动提供启动回路，在实现海上换流阀轻型化的同时能够保证系统的黑启动功能，并能够在保持陆上换流阀采用常规半桥子模块不变的同时，通过投入较少的子模块实现黑启动，启动过程中陆上换流阀不会出现过调制的情况，并且能够有效减小启动过程中变压器的励磁涌流，启动之后的正常运行工况下，海上辅助MMC可以实现有源滤波、无功补偿等功能。

下面通过一个具体的实施例来说明一种海上风电混合直流送出系统的工作过程的。

实施例1：

首先闭合断路器Brk1和Brk3，闭合二极管换流阀两侧的旁路开关BP1和BP2，使得直流回路处于通畅状态，首先通过低压启动绕组给陆上换流阀和海上辅助MMC换流阀进行不控充电。

完成不控充电后解锁陆上换流阀，进行可控充电，采用定直流电压和定无功功率控制建立直流电压，启动过程总只输出较小的直流电压(如额定电压的10％，此时直流电压指令值取10％额定值，无功功率指令取零)，此时投入的子模块数较少，为了保证启动过程所有子模块电容电压平衡，采用轮转的方式交替投入子模块，不同子模块轮转过程中始终保持有10％的子模块处于投入状态。

接着闭合断路器Brk4、Brk5、Brk7、Brk9，解锁海上辅助MMC换流阀，采用定电压幅值和频率控制，从零开始建立交流侧电压，为海上风机提供启动电源，同时给第二联结变和第三联结变励磁。

海上风电场启动少量风机，待风机启动完成之后控制海上辅助MMC换流阀运行在空载状态，接着断开BP1和BP2；若为海上风电场为构网型风机，此时构网型风机运行在孤岛模式；若海上风电场为跟网型风机，断开BP1和BP2时由并网点的储能电源或柴油发电机为风机提供构网电源，或利用风机内部耗能装置实现转入正常运行之前短时间内已启动风机的能量耗散。

为了避免合上Brk6和Brk8时二极管换流阀带来直流电压冲击，先通过陆上换流阀提升直流电压并对直流海缆充电直至略高于额定电压，此时二极管阀反向关断。

之后闭锁陆上换流阀，Brk3断开，Brk2闭合，然后重新解锁陆上换流阀继续给海缆充电；同时合上Brk6和Brk8，投入海上二极管阀。

最后通过陆上换流阀控制陆上站直流端口电压逐渐降低，直至二极管换流阀导通，海、陆两站直流侧平稳连接，系统转入正常运行；若海上风电场为跟网型风机时，系统转入正常运行后并网点处的储能电源或柴油发电机可有序退出。

本发明实施例还公开了一种海上风电混合直流送出系统的启动方法，应用于上述的海上风电送出系统，如图3所示，上述方法包括：

S301、获取陆上换流阀的陆上充电电压和海上换流阀的海上充电电压，并基于所述陆上充电电压和所述海上充电电压向所述海上换流阀发送解锁供电指令，以启动海上风电场中的风机；所述陆上充电电压和所述海上充电电压利用阀侧低压绕组分别向所述陆上换流阀和所述海上换流阀充电生成。

具体地，当所述陆上充电电压达到第一电压阈值，且所述海上充电电压达到第二电压阈值时，向所述海上换流阀发送解锁供电指令。

S302、当预设数量的风机完成启动后，控制所述陆上换流阀使得直流海缆的海上侧端口电压高于额定电压时，向第三断路器发送第一断开指令，向第二断路器发送第二闭合指令，以及向所述陆上换流阀发送闭锁指令，以利用阀侧高压绕组向所述陆上换流阀供电。

具体地，在预设数量的风机完成启动后，控制陆上换流阀使得直流海缆海上侧端口电压高于额定电压时，将陆上换流阀闭锁，第三断路器(Brk3)断开，第二断路器(Brk2)闭合，三绕组变压器切换到阀侧高压绕组，完成绕组切换后陆上换流阀重新解锁，继续给海缆充电，同时合上第六断路器(Brk6)与上述第八断路器(Brk8)，投入海上二极管阀，之后对陆上换流阀解锁，通过陆上换流阀控制直流端口电压逐渐降低，直至二极管阀导通，海上风电送出系统转入正常运行。

本发明提供的一种海上风电混合直流送出系统的启动方法，由于启动阶段海上换流阀只投入容量较小的海上辅助模块化多电平换流阀，只需要较小的直流电压，因此，为了避免陆上换流阀出现过调制的情况，陆上设置了由阀侧低压绕组、阀侧高压绕组和网侧高压绕组构成的三绕组变压器，启动阶段陆上电网通过阀侧低压绕组对陆上换流阀和海上换流阀进行充电，控制装置基于陆上换流阀和海上换流阀的实时充电电压向海上换流阀发送解锁指令，进而利用海上换流阀对海上风电场提供启动电源，实现了陆上电网通过陆上换流阀和海上换流阀向海上风电场反送启动电源的功能，保证海上风电场正常启动；其次，在海上风电场正常启动后，陆上电网通过阀侧高压绕组对陆上换流阀供电，提升直流电压并对直流海缆充电直至略高于额定电压，在保证二极管反向关断的条件下海上换流阀投入二极管换流阀，避免投入二极管换流阀时产生冲击，最终实现了海上风电送出系统的平稳运行。

作为本发明一个可选实施方式，还包括：

分别向上述第一断路器和上述第三断路器发送至少一个控制指令，至少一个控制指令用于控制上述第一断路器和上述第三断路器闭合，其中上述第三断路器闭合后，上述陆上电网输出的第一工作电压经过上述阀侧低压绕组后向上述陆上换流阀和上述海上换流阀充电。

作为本发明一个可选实施方式，还包括：

获取上述第一断路器和上述第三断路器的闭合状态时，向上述第一全控器件和上述第二全控器件发送不控充电指令，并获取电容电压，基于上述电容电压向上述第一全控器件和上述第二全控器件发送第三闭合指令，向上述第一反并联二极管和上述第二反并联二极管发送可控充电指令。

具体地，基于不控充电指令，陆上电网通过低压启动绕组给半桥子模块中的电容进行不控充电，不控充电阶段陆上换流阀闭锁，通过半桥子模块内的第一反并联二极管和第二反并联二极管对电容进行充电，通常电容电压达到其30％额定电压时对该半桥子模块进行触发控制，此时基于可控充电指令，半桥子模块由不控充电转为可控充电。

进一步地，完成不控充电后解锁陆上换流阀，进行可控充电，采用定直流电压和定无功功率控制建立直流电压，启动过程总只输出较小的直流电压(如额定电压的10％，此时直流电压指令值取10％额定值，无功功率指令取零)，此时投入的半桥子模块数较少，为了保证启动过程所有半桥子模块电容电压平衡，采用轮转的方式交替投入半桥子模块，监测所有半桥子模块的电容电压，通过对半桥子模块电容电压进行排序交替投入半桥子模块，不同半桥子模块轮转交替投入过程中始终保持有10％的半桥子模块处于投入状态。

作为本发明一个可选实施方式，还包括：

当检测到上述第一断路器和上述第三断路器处于闭合状态时，向上述第一旁路开关和上述第二旁路开关发送第四闭合指令。

当检测到所述第一旁路开关和所述第二旁路开关处于闭合状态时，向所述海上换流阀发送不控充电指令，并基于所述电容电压向所述海上换流阀发送可控充电指令。

具体地，第一旁路开关与第二旁路开关闭合后，建立了陆上换流阀与海上换流阀之间的连接，进而通过陆上换流阀中的半桥子模块对海上换流阀进行轮转充电。

进一步地，当海上辅助模块化多电平换流阀的电压达到预设电压后，基于供电指令闭合第四断路器(Brk4)、第五断路器(Brk5)、第七断路器(Br7)、第九断路器(Brk9)，进而解锁海上辅助模块化多电平换流阀，采用定交流电压幅值和频率控制，从零开始建立交流侧电压，为海上风机提供启动电源，同时给第二联结变和第三联结变励磁。

作为本发明一个可选实施方式，还包括：

当所述预设数量的风机完成启动时，向所述海上辅助模块化多电平换流阀发送空载运行指令，并分别向所述第一旁路开关与所述第二旁路开关发送第二断开指令。

具体地，在检测上述风机启动数量达到预设数量后，将陆上换流阀闭锁，第三断路器(Brk3)断开，第二断路器(Brk2)闭合，陆上换流阀建立直流侧电压。

进一步地，海上风电场启动少量风机(可根据不同的运行环境对风机数量进行设置)，待风机启动完成之后控制海上辅助模块化多电平换流阀运行在空载状态，接着断开第一旁路开关(BP1)和第二旁路开关(BP2)。

进一步地，为了避免合上第六断路器(Brk6)与上述第八断路器和(Brk8)时第一二极管换流阀和第二二极管换流阀带来的直流电压冲击，先通过陆上换流阀提升直流电压并对直流海缆充电直至略高于额定电压，此时第一二极管换流阀和第二二极管换流阀反向关断；此时合上第六断路器(Brk6)与上述第八断路器和(Brk8)，投入第一二极管换流阀和第二二极管换流阀；进而控制陆上换流阀的直流端口电压逐渐降低，直至第一二极管换流阀和第二二极管换流阀导通，海上换流阀与陆上换流阀之间的直流侧平稳连接，海上风电送出系统转入正常运行；其中，若海上风电场为跟网型风机时，海上风电送出系统转入正常运行后并网点处的储能电源或柴油发电机可有序退出。

进一步地，当检测上述预设数量的风机完成启动时，获取海上风电场中风机的类型，若为海上风电场为构网型风机，构网型风机运行在孤岛模式；若海上风电场为跟网型风机，闭合第十断路器Brk10和第十一断路器Brk11，由并网点的储能电源或柴油发电机为风机提供构网电源，或利用风机内部耗能装置实现转入正常运行之前短时间内已启动风机的能量耗散。

另外，本发明实施例还提供了一种电子设备，如图4所示，该电子设备可以包括处理器110和存储器120，其中处理器110和存储器120可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。此外，该电子设备中还包括至少一个接口130，该至少一个接口130可以是通信接口或其他接口，本实施例对此不做限制。

其中，处理器110可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器110还可以为其他通用处理器、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、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器120作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的视频合成方法对应的程序指令/模块。处理器110通过运行存储在存储器120中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的一种海上风电混合直流送出系统的启动方法。

存储器120可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器110所创建的数据等。此外，存储器120可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器120可选包括相对于处理器110远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器110。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

另外，至少一个接口130用于电子设备与外部设备的通信，比如与服务器通信等。可选的，至少一个接口130还可以用于连接外设输入、输出设备，比如键盘、显示屏等。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器120中，当被所述处理器110执行时，执行如图1至图3所示实施例中的一种海上风电混合直流送出系统的启动方法。

上述电子设备具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

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。而由此所引伸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 (10)

1.一种海上风电混合直流送出系统，其特征在于，包括：控制装置和拓扑电路，所述控制装置和所述拓扑电路连接；其中，

所述拓扑电路包括海上风电场、海上换流阀、直流海缆、陆上换流阀、三绕组变压器和陆上电网；所述海上换流阀与所述海上风电场连接，并经所述直流海缆与所述陆上换流阀相连；所述陆上换流阀与所述三绕组变压器连接；所述三绕组变压器包括网侧高压绕组、阀侧高压绕组和阀侧低压绕组，所述网侧高压绕组通过第一断路器与所述陆上电网连接，所述阀侧高压绕组和所述阀侧低压绕组分别经过第二断路器、第三断路器与所述陆上换流阀连接；

所述控制装置，用于获取陆上换流阀的陆上充电电压和海上换流阀的海上充电电压，并基于所述陆上充电电压和所述海上充电电压向所述海上换流阀发送解锁供电指令；其中，所述陆上充电电压和所述海上充电电压由所述第一断路器和所述第三断路器闭合后，所述陆上电网经过所述阀侧低压绕组输出的第一工作电压向所述陆上换流阀和所述海上换流阀充电生成；

所述海上换流阀，用于接收所述解锁供电指令，对所述海上风电场中的风机进行供电；

所述控制装置，还用于当预设数量的风机完成启动后，控制所述陆上换流阀，使得直流海缆的海上侧端口电压高于额定电压时，向所述第三断路器发送第一断开指令，向所述第二断路器发送第二闭合指令，以及向所述陆上换流阀发送闭锁指令；所述第三断路器基于所述第一断开指令断开，所述第二断路器基于所述第二闭合指令闭合，所述陆上换流阀基于所述闭锁指令闭锁；

所述陆上电网，还用于在获取所述第三断路器断开，所述第二断路器闭合的状态时，经所述阀侧高压绕组输出第二工作电压，所述第二工作电压用于向所述陆上换流阀供电。

2.根据权利要求1所述的一种海上风电混合直流送出系统，其特征在于，所述控制装置，还用于分别向所述第一断路器和所述第三断路器发送至少一个控制指令，至少一个控制指令用于控制所述第一断路器和所述第三断路器闭合，其中所述第三断路器闭合后，所述陆上电网经过所述阀侧低压绕组输出第一工作电压后，向所述陆上换流阀和所述海上换流阀充电。

3.根据权利要求1所述的一种海上风电混合直流送出系统，其特征在于，所述控制装置，还用于实时检测所述陆上换流阀的陆上充电电压和所述海上换流阀的海上充电电压，当所述陆上充电电压达到第一电压阈值，且所述海上充电电压达到第二电压阈值时，向所述海上换流阀发送解锁供电指令。

4.根据权利要求1所述的一种海上风电混合直流送出系统，其特征在于，所述陆上换流阀包括多个桥臂，每个桥臂由多个半桥子模块组成；其中，所述半桥子模块包括：电容、第一反并联二极管、与所述第一反并联二极管并联的第一全控器件、第二反并联二极管和与所述第二反并联二极管并联的第二全控器件。

5.根据权利要求1所述的一种海上风电混合直流送出系统，其特征在于，所述控制装置，还用于在获取所述第一断路器和所述第三断路器的闭合状态时，向所述陆上换流阀发送不控充电指令，并获取电容电压，基于所述电容电压向所述陆上换流阀发送可控充电指令。

6.根据权利要求1所述的一种海上风电混合直流送出系统，其特征在于，所述海上换流阀，包括：海上辅助模块化多电平换流阀、以及与所述海上辅助模块化多电平换流阀直流侧串联连接的第一二极管换流阀和第二二极管换流阀；

其中，所述海上辅助模块化多电平换流阀依次经第四断路器、第一联结变和第五断路器与所述海上风电场连接；所述第一二极管换流阀依次经第六断路器、第二联结变和第七断路器与所述海上风电场连接；所述第二二极管换流阀依次经第八断路器、第三联结变和第九断路器与所述海上风电场连接；

所述海上辅助模块化多电平换流阀，用于获取第四断路器、所述第五断路器、第七断路器和第九断路器闭合的状态时，向所述海上风电场进行供电；其中所述第四断路器和所述第五断路器基于所述解锁供电指令进行闭合。

7.根据权利要求6所述的一种海上风电混合直流送出系统，其特征在于，还包括：第一旁路开关和第二旁路开关；其中，所述第一旁路开关与所述第一二极管换流阀的直流侧并联连接，与所述第二旁路开关与所述第二二极管换流阀的直流侧并联连接。

8.根据权利要求7所述的一种海上风电混合直流送出系统，其特征在于，所述控制装置，还用于：

当检测到所述第一断路器和所述第三断路器处于闭合状态时，向所述第一旁路开关和所述第二旁路开关发送第四闭合指令；

当检测到所述第一旁路开关和所述第二旁路开关处于闭合状态时，向所述海上换流阀发送不控充电指令，并基于所述电容电压向所述海上换流阀发送可控充电指令。

9.根据权利要求7所述的一种海上风电混合直流送出系统，其特征在于，所述控制装置，还用于当所述预设数量的风机完成启动时，向所述海上辅助模块化多电平换流阀发送空载运行指令，并分别向所述第一旁路开关与所述第二旁路开关发送第二断开指令。

10.一种海上风电混合直流送出系统的启动方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一项所述的海上风电送出系统，所述方法包括：

获取陆上换流阀的陆上充电电压和海上换流阀的海上充电电压，并基于所述陆上充电电压和所述海上充电电压向所述海上换流阀发送解锁供电指令，以启动海上风电场中的风机；所述陆上充电电压和所述海上充电电压利用阀侧低压绕组分别向所述陆上换流阀和所述海上换流阀充电生成；

当预设数量的风机完成启动后，控制所述陆上换流阀使得直流海缆的海上侧端口电压高于额定电压时，向第三断路器发送第一断开指令，向第二断路器发送第二闭合指令，以及向所述陆上换流阀发送闭锁指令，以利用阀侧高压绕组向所述陆上换流阀供电。

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