CN116231721A - 一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统及控制方法 - Google Patents

一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统及控制方法，该系统包括：控制保护装置和拓扑电路，控制保护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、海缆、岸上换流阀和电网，海上换流阀经海缆与岸上换流阀连接，岸上换流阀与电网连接；其中，岸上换流阀，包括：岸上半桥大模块化多电平变换器和岸上半桥小模块化多电平变换器。该系统中的岸上换流阀无需输出负压、无需采用全桥模块，节省了岸上换流阀成本，岸上换流阀配合高压直流侧旁路开关，实现了海上风电场的正常启动，并且保证了不同风力条件下海上风机汇集侧交流电压持续稳定，实现了不同风力条件下的运行模式平滑切换以及整个系统的稳定运行。

Description

一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统及控制方法
技术领域
本发明涉及海上风电技术领域，尤其是涉及一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统及控制方法。
背景技术
远距离海上风电功率传输一般采用高压直流输电技术，海上风机发电通过交流电缆汇集后，海上换流站将交流电转化为直流电，然后通过海缆将电能传送到岸上换流站。目前海上风电直流输电工程中海上换流站的换流阀均采用模块化多电平变换器（MMC）结构，但是MMC换流阀成本高昂且体积重量大。为此，有关研究人员提出了多种二极管阀（DR）和MMC阀串联的海上换流阀拓扑方案，但是DR-MMC串联阀在实际应用中存在海上风电场黑启动难的问题。
针对海上风电DR-MMC串联阀黑启动难题，目前已提出的解决方案有从岸上引一条交流线路到海上换流站，用于供给海上风电场黑启动所需的能量，但是此种方法会增加额外的成本和损耗。此外，利用海上DR-MMC串联阀的MMC部分也可以实现海上风电场的黑启动，现有技术提出了一种海上风电DR-MMC串联阀方案，该方案在海上DR-MMC串联阀中的二极管阀直流侧并联一个旁路开关，在海上风电场需要黑启动时，首先将旁路开关闭合，这样岸上换流站可直接将电能传送至DR-MMC串联阀的MMC部分，然后该MMC为海上风电场提供交流电从而实现黑启动；上述方案需要在海上DR-MMC串联阀的二极管阀直流侧并联开关，但是该专利提出的方案需要岸上换流站直流侧电压能够大幅变化，需要岸上换流站MMC配备一定数量的全桥模块，从而造成成本增加。
现有技术中，另外一种海上风电DR-MMC串联阀方案为：岸上换流站MMC换流阀采用全桥模块拓扑，这样岸上换流阀可输出负电压，从而海上DR-MMC串联阀的二极管正向导通，此时海上DR-MMC串联阀的MMC部分可以将电能传送至海上风电场实现黑启动；由于海上DR-MMC串联阀中的MMC和岸上换流阀MMC均采用全桥拓扑，同样使得系统造价大大增加。
发明内容
因此，本发明技术方案主要解决现有海上风电直流送出系统中岸上换流阀由于配置全桥模块，导致成本高的缺陷，从而提供一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统及控制方法。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，包括：控制保护装置和拓扑电路，所述控制保护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、海缆、岸上换流阀和电网，所述海上风电场与所述海上换流阀连接，所述海上换流阀经所述海缆与所述岸上换流阀连接，所述岸上换流阀与所述电网连接；其中，所述岸上换流阀，包括：岸上半桥大模块化多电平变换器和岸上半桥小模块化多电平变换器；所述电网依次经第一开关和第一联结变与所述岸上半桥大模块化多电平变换器连接，并依次经第二开关和第二联结变与所述岸上半桥小模块化多电平变换器连接；所述岸上半桥大模块化多电平变换器经第三开关与所述海缆连接；所述岸上半桥大模块化多电平变换器的直流侧和所述岸上半桥小模块化多电平变换器的直流侧串联连接后经过第四开关与所述海缆连接；所述岸上半桥大模块化多电平变换器的交流侧和所述岸上半桥小模块化多电平变换器的交流侧并联连接；所述海缆经过第五开关与所述海上换流阀连接；
所述控制保护装置，用于获取启动指令，并基于所述启动指令向所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关发送第一闭合指令，向所述第三开关发送第一断开指令；所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关基于所述第一闭合指令闭合，所述第三开关基于所述第一断开指令断开；
所述电网，用于当获取到所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关闭合的状态时，向所述岸上半桥大模块化多电平变换器、所述岸上半桥小模块化多电平变换器和所述海上换流阀进行供电；
所述控制保护装置，还用于获取海上换流阀的交流侧电压，并将所述海上换流阀的交流侧电压与预设电压进行比较，当所述海上换流阀的交流侧电压等于所述预设电压时，向所述海上风电场发送开启指令；
所述海上风电场，用于接收所述开启指令，并基于所述开启指令启动海上风机；
所述控制保护装置，还用于获取所述海上风电场的实时风机发电功率，并基于所述实时风机发电功率分别向所述海上风电场、所述海上换流阀和所述岸上换流阀发送控制指令，所述控制指令用于切换系统运行模式。
本发明实施例提供的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统及控制方法，岸上换流阀采用岸上半桥大模块化多电平变换器和岸上半桥小模块化多电平变换器，采用大容量高阀和小容量低阀串联形式，岸上换流阀无需输出负压、无需采用全桥模块，节省了岸上换流阀成本，岸上换流阀配合高压直流侧旁路开关，实现了海上风电场的正常启动，并且控制保护装置根据海上风电场中的风力大小对所述海上风电场发送切换指令，进而海上风电场基于切换指令切换海上风机运行模式，保证了不同风力条件下海上风机汇集侧交流电压持续稳定，实现了不同风力条件下的运行模式平滑切换以及整个系统的稳定运行。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述海上换流阀，包括：第一海上二极管阀、第二海上二极管阀和海上半桥模块化多电平变换器；其中，
所述第一海上二极管阀、所述第二海上二极管阀和所述海上半桥模块化多电平变换器的直流侧串联连接，所述第一海上二极管阀、所述第二海上二极管阀和所述海上半桥模块化多电平变换器的交流侧并联连接；所述第二海上二极管阀的交流侧与所述海上半桥模块化多电平变换器的交流侧并联连接后经过第五开关与所述海缆连接；所述海上风电场经过第六开关与海上公共连接点连接；所述第一海上二极管阀依次经过第七开关、移相变压器和第八开关与所述海上公共连接点连接；所述第二海上二极管阀依次经过第九开关、所述移相变压器和所述第八开关与所述海上公共连接点连接；所述海上半桥模块化多电平变换器依次经过第三联结变和第十开关与所述海上公共连接点连接；其中，所述海上公共连接点为第六开关、所述第八开关和所述第十开关的连接重合点；
所述海上半桥模块化多电平变换器，用于当获取到所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关和所述第十开关闭合的状态时，则通过闭环控制建立交流侧电压。
结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，还包括：储能装置；
所述储能装置经过升压变压器和第十一开关与所述海上公共连接点连接，用于获取海上半桥模块化多电平变换器的直流侧电压，当所述海上半桥模块化多电平变换器的直流侧电压升高时进行充电，当所述海上半桥模块化多电平变换器的直流侧电压降低时进行放电。
结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述控制保护装置，还用于获取所述海上风电场的实时风机发电功率，并将所述海上风电场的实时风机发电功率与第一额定功率进行比较，当所述海上风电场的实时风机发电功率大于所述第一额定功率时，向所述海上风电场发送第一控制指令；所述第一控制指令用于限制所述海上风电场中海上风机的出力。
结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述控制保护装置，还用于在所述海上风机的出力降低时，获取所述第四开关的实时电流和所述第五开关的实时电流，当所述第四开关的实时电流与所述第五开关的实时电流过零点时，则分别向所述第四开关与所述第五开关发送第二断开指令，向所述海上风电场发送第二控制指令，所述第二控制指令用于停止限制对所述海上风机的出力，并向所述储能装置发送第一充放电指令；所述第四开关与所述第五开关基于所述第二断开指令断开，所述储能装置基于所述第一充放电指令向所述海上半桥模块化多电平变换器进行充放电。
结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述控制保护装置，还用于在停止限制所述海上风机的出力后，向所述第三开关发送第二闭合指令，并获取所述海上换流阀的直流侧电压，当所述海上换流阀的直流侧电压符合稳定电压时，向所述第七开关和所述第九开关发送第三闭合指令，并向所述储能装置发送第二充放电指令；所述第三开关基于所述第二闭合指令闭合，所述第七开关和所述第九开关基于所述第三闭合指令闭合，所述储能装置基于所述第二充放电指令进行充放电，直至储能电量达到预设电量。
结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述海上风电场，还用于在停止限制海上风机的出力后，将海上风机的运行模式切换为最大功率点跟踪运行模式。
结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述控制保护装置，还用于当海上风机处于最大功率点跟踪运行模式时，采集所述海上风电场的可发功率，将所述海上风电场的可发功率与第二额定功率进行比较，当所述海上风电场的可发功率小于所述第二额定功率时，向所述海上风电场发送第三控制指令，所述第三控制指令用于限制所述海上风电场中海上风机的出力。
结合第一方面，在另一种可能的实施方式中，所述控制保护装置，还用于在所述海上风机的出力降低时，获取所述第三开关、所述第七开关和所述第九开关的实时电流，当所述第三开关、所述第七开关和所述第九开关的实时电流过零点时，则分别向所述第三开关、所述第七开关和所述第九开关发送第三断开指令，向所述海上风电场发送第三控制指令，所述第三控制指令用于停止限制对所述海上风机的出力，并向所述储能装置发送第三充放电指令；所述第三开关、所述第七开关和所述第九开关基于所述第三断开指令断开，所述储能装置基于所述第三充放电指令向所述海上半桥模块化多电平变换器进行充放电。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统的控制方法，应用于基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，所述方法包括：
获取启动指令，并基于所述启动指令向所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关发送第一闭合指令，向所述第三开关发送第一断开指令；所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关基于所述第一闭合指令闭合，所述第三开关基于所述第一断开指令断开；电网当获取到所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关闭合的状态时，向所述岸上半桥大模块化多电平变换器、所述岸上半桥小模块化多电平变换器和所述海上换流阀进行供电；
获取海上换流阀的交流侧电压，并将所述海上换流阀的交流侧电压与预设电压进行比较，当所述海上换流阀的交流侧电压等于所述预设电压时，向海上风电场发送开启指令；所述海上风电场接收所述开启指令，并基于所述开启指令启动海上风机；
获取所述海上风电场的实时风机发电功率，并基于所述实时风机发电功率分别向所述海上风电场、所述海上换流阀和所述岸上换流阀发送控制指令，所述控制指令用于切换系统运行模式。
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基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统的电路图；
图2为本发明实施例提供的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统的控制方法的流程图；
图3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基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，如图1所示，包括：控制保护装置1和拓扑电路2，上述控制保护装置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、海缆5、岸上换流阀6和电网7，上述海上风电场3与上述海上换流阀4连接，上述海上换流阀4经上述海缆5与上述岸上换流阀6连接，上述岸上换流阀6与上述电网7连接；其中，上述岸上换流阀6，包括：岸上半桥大模块化多电平变换器8和岸上半桥小模块化多电平变换器9；上述电网7依次经第一开关10和第一联结变11与上述岸上半桥大模块化多电平变换器8连接，并依次经第二开关12和第二联结变13与上述岸上半桥小模块化多电平变换器9连接；上述岸上半桥大模块化多电平变换器8经第三开关14与上述海缆5连接；上述岸上半桥大模块化多电平变换器8的直流侧和上述岸上半桥小模块化多电平变换器9的直流侧串联连接后经过第四开关15与上述海缆5连接；上述岸上半桥大模块化多电平变换器8的交流侧和上述岸上半桥小模块化多电平变换器9的交流侧并联连接；上述海缆5经过第五开关16与上述海上换流阀4连接。
具体地，岸上换流阀6采用高低阀拓扑结构，岸上半桥大模块化多电平变换器8和岸上半桥小模块化多电平变换器9拓扑结构相同，岸上半桥大模块化多电平变换器8的容量为岸上半桥小模块化多电平变换器9容量的3倍，岸上半桥大模块化多电平变换器8和岸上半桥小模块化多电平变换器9直流侧电压比值为（3：1），第三开关14和第四开关15均为高压直流接触器。
上述控制保护装置1，用于获取启动指令，并基于上述启动指令向上述第一开关10、上述第二开关12、上述第四开关15和上述第五开关16发送第一闭合指令，向上述第三开关14发送第一断开指令；上述第一开关10、上述第二开关12、上述第四开关15和上述第五开关16基于上述第一闭合指令闭合，上述第三开关14基于上述第一断开指令断开。
上述电网7，用于当获取到上述第一开关10、上述第二开关12、上述第四开关15和上述第五开关16闭合的状态时，向上述岸上半桥大模块化多电平变换器8、上述岸上半桥小模块化多电平变换器9和上述海上换流阀4进行供电。
具体地，第一开关10闭合时，电网7给岸上半桥大模块化多电平变换器8（简称岸上半桥大MMC）的直流侧电容进行不控充电，直至岸上半桥大模块化多电平变换器8的直流侧电压达到额定电压的80%时，充电完成，解锁岸上半桥大模块化多电平变换器8，建立岸上半桥大模块化多电平变换器8直流侧额定电压，第三开关14保持断开；第四开关15和第五开关16处于闭合状态时，岸上半桥大模块化多电平变换器8直流侧处于旁路状态；第二开关12闭合，建立岸上半桥小模块化多电平变换器9（简称岸上半桥小MMC）直流侧额定电压，同时建立海上半桥MMC直流侧电压。
上述控制保护装置1，还用于获取海上换流阀4的交流侧电压，并将上述海上换流阀4的交流侧电压与预设电压进行比较，当上述海上换流阀4的交流侧电压等于上述预设电压时，向上述海上风电场3发送开启指令。
上述海上风电场3，用于接收上述开启指令，并基于上述开启指令启动海上风机。
上述控制保护装置1，还用于获取上述海上风电场3的实时风机发电功率，并基于上述实时风机发电功率分别向上述海上风电场3、上述海上换流阀4和上述岸上换流阀6发送控制指令，上述控制指令用于切换系统运行模式。
具体地，控制保护装置1向海上风电场3发送开启指令，海上风电场3接收开启指令并确认海上风电汇集交流电压已建立后，海上风机MPPT（Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪）运行模式开始启动，根据当时海上风力情况，限制风机并网运行数量，保证风机发电功率低于海上所有风机的总装机容量20%，并维持该状态运行一段时间。
本实施例提出的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，岸上换流阀采用岸上半桥大模块化多电平变换器和岸上半桥小模块化多电平变换器，采用大容量高阀和小容量低阀串联形式，岸上换流阀无需输出负压、无需采用全桥模块，节省了岸上换流阀成本，岸上换流阀配合高压直流侧旁路开关，实现了海上风电场的正常启动，并且控制保护装置根据海上风电场中的风力大小对上述海上风电场发送切换指令，进而海上风电场基于切换指令切换海上风机运行模式，保证了不同风力条件下海上风机汇集侧交流电压持续稳定，实现了不同风力条件下的运行模式平滑切换以及整个系统的稳定运行。
作为本发明一个可选实施方式，上述海上换流阀4，包括：第一海上二极管阀17、第二海上二极管阀18和海上半桥模块化多电平变换器19；其中，
上述第一海上二极管阀17、上述第二海上二极管阀18和上述海上半桥模块化多电平变换器19的直流侧串联连接，上述第一海上二极管阀17、上述第二海上二极管阀18和上述海上半桥模块化多电平变换器19的交流侧并联连接；上述第二海上二极管阀18的交流侧与上述海上半桥模块化多电平变换器19的交流侧并联连接后经过第五开关16与上述海缆5连接；上述海上风电场3经过第六开关20与海上公共连接点连接；上述第一海上二极管阀17依次经过第七开关21、移相变压器22和第八开关23与上述海上公共连接点连接；上述第二海上二极管阀18依次经过第九开关24、上述移相变压器22和上述第八开关23与上述海上公共连接点连接；上述海上半桥模块化多电平变换器19依次经过第三联结变25和第十开关26与上述海上公共连接点连接；其中，上述海上公共连接点为第六开关20、上述第八开关23和上述第十开关26的连接重合点。
具体地，第一海上二极管阀17和第二海上二极管阀18组成的二极管阀组与海上半桥模块化多电平变换器19直流侧电压比值为（3：1）。
上述海上半桥模块化多电平变换器19，用于当获取到上述第一开关10、上述第二开关12、上述第四开关15、上述第五开关16、上述第六开关20、上述第八开关23和上述第十开关26闭合的状态时，则通过闭环控制建立交流侧电压。
具体地，控制保护装置1在获取到上述第一开关10、上述第二开关12、上述第四开关15和上述第五开关16闭合的状态时，向第六开关20、第八开关23和第十开关26发送闭合指令，当第一开关10、第二开关12、第四开关15、第五开关16、第六开关20、第八开关23和第十开关26处于闭合状态时，启动海上半桥模块化多电平变换器19（简称海上半桥MMC）交流侧V/F闭环控制（定交流电压幅值和频率闭环控制），为了防止变压器启动激磁涌流，海上半桥模块化多电平变换器19交流侧电压采用逐渐增加交流电压幅值的控制方法，直到海上公共连接点PCC1点的电压达到额定值。
进一步地，当公共连接点PCC1点的电压达到额定值时，控制保护装置1向海上风电场3发送开启指令，海上风电场3接收开启指令并开始发电。
上述可选实施方式中，海上换流阀采用二极管阀和半桥MMC串联结构，岸上换流阀6采用大容量高阀和小容量低阀串联形式，配合高压直流侧旁路开关以及海上风电汇集侧储能，实现了不同风力条件下的运行模式平滑切换以及整个系统的稳定运行。
作为本发明一个可选实施方式，还包括：储能装置27；
上述储能装置27经过升压变压器28和第十一开关29与上述海上公共连接点连接，用于获取海上半桥模块化多电平变换器19的直流侧电压，当上述海上半桥模块化多电平变换器19的直流侧电压升高时进行充电，当上述海上半桥模块化多电平变换器19的直流侧电压降低时进行放电。
具体地，储能装置27为锂离子电池储能，在海上风电直流送出系统首次启动时，控制保护装置1在向第六开关20、第八开关23和第十开关26发送闭合指令时，也同时向第十一开关29发送闭合指令；当公共连接点PCC1点的电压达到额定值时，储能装置27可进行充放电，并通过充放电将SOC（剩余容量）维持在总电量的60%。
作为本发明一个可选实施方式，上述控制保护装置1，还用于获取上述海上风电场3的实时风机发电功率，并将上述海上风电场3的实时风机发电功率与第一额定功率进行比较，当上述海上风电场3的实时风机发电功率大于上述第一额定功率时，向上述海上风电场3发送第一控制指令；上述第一控制指令用于限制上述海上风电场3中海上风机的出力。
具体地，如果监测到海上风力较大，即海上风电场3的实时风机发电功率超过额定功率的30%，则逐渐限制海上风机出力。
作为本发明一个可选实施方式，上述控制保护装置1，还用于在上述海上风机的出力降低时，获取上述第四开关15的实时电流和上述第五开关16的实时电流，当上述第四开关15的实时电流与上述第五开关16的实时电流过零点时，则分别向上述第四开关15与上述第五开关16发送第二断开指令，向上述海上风电场3发送第二控制指令，上述第二控制指令用于停止限制对上述海上风机的出力，并向上述储能装置27发送第一充放电指令；上述第四开关15与上述第五开关16基于上述第二断开指令断开，上述储能装置27基于上述第一充放电指令向上述海上半桥模块化多电平变换器19进行充放电。
具体地，第四开关15的实时电流与上述第五开关16的实时电流过零点时，第四开关15与第五开关16基于上述第二断开指令断开，切断了海上换流阀4与岸上换流阀6之间的连接，同时海上风电场3基于第二控制指令停止海上风机出力限幅继续降低，此时海上半桥模块化多电平变换器19（简称海上半桥MMC）的直流侧电容电压由储能装置27通过充放电维持。
作为本发明一个可选实施方式，上述控制保护装置1，还用于在停止限制上述海上风机的出力后，向上述第三开关14发送第二闭合指令，并获取上述海上换流阀4的直流侧电压，当上述海上换流阀4的直流侧电压符合稳定电压时，向上述第七开关21和上述第九开关24发送第三闭合指令，并向上述储能装置27发送第二充放电指令；上述第三开关14基于上述第二闭合指令闭合，上述第七开关21和上述第九开关24基于上述第三闭合指令闭合，上述储能装置27基于上述第二充放电指令进行充放电，直至储能电量达到预设电量。
具体地，闭合第三开关14，当海上换流阀4的直流侧电压稳定时，海上换流阀4与岸上换流阀6之间恢复连接，再闭合第七开关21和第九开关24，此时不再限制海上风电出力并使其工作在MPPT运行模式，且海上储能再进行充放电状态，直至储能电量达到预设电量即将储能电量维持在总电量的60%。
进一步地，若所有海上风机处于MPPT运行模式下，其发电功率不低于额定总功率的10%，则一直保持此模式运行。
作为本发明一个可选实施方式，上述海上风电场3，还用于在停止限制海上风机的出力后，将海上风机的运行模式切换为最大功率点跟踪运行模式。
作为本发明一个可选实施方式，上述控制保护装置1，还用于当海上风机处于最大功率点跟踪运行模式时，采集上述海上风电场3的可发功率，将上述海上风电场3的可发功率与第二额定功率进行比较，当上述海上风电场3的可发功率小于上述第二额定功率时，向上述海上风电场3发送第三控制指令，上述第三控制指令用于限制上述海上风电场3中海上风机的出力。
作为本发明一个可选实施方式，上述控制保护装置1，还用于在上述海上风机的出力降低时，获取上述第三开关14、上述第七开关21和上述第九开关24的实时电流，当上述第三开关14、上述第七开关21和上述第九开关24的实时电流过零点时，则分别向上述第三开关14、上述第七开关21和上述第九开关24发送第三断开指令，向上述海上风电场3发送第三控制指令，上述第三控制指令用于停止限制对上述海上风机的出力，并向上述储能装置27发送第三充放电指令；上述第三开关14、上述第七开关21和上述第九开关24基于上述第三断开指令断开，上述储能装置27基于上述第三充放电指令向上述海上半桥模块化多电平变换器19进行充放电。
具体地，如果所有海上风机MPPT运行模式下，海上风电场3的可发功率低于第二额定功率（即额定总功率的10%），则再次逐渐限制海上风机出力，当第三开关14、第七开关21和第九开关24流过的电流降为零时，依次断开第三开关14、第七开关21和第九开关24，同时停止海上风机出力限幅继续降低，此时海上半桥模块化多电平变换器19直流侧电容电压由储能装置27维持。
进一步地，闭合第四开关15和第五开关16，如果海上无风或风力持续较小，则继续运行在MPPT运行模式；如果海上风力再次变大，则再逐渐限制海上风机出力，并进行运行模式切换，将海上二极管阀投入功率传输。
下面通过一个具体的实施例来说明一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统的工作过程。
实施例1：
第一步：闭合开关S1，建立岸上半桥大MMC直流侧额定电压，保持开关S3断开；闭合开关S4和S5，旁路第一海上二极管阀、第二海上二极管阀和岸上半桥大MMC直流侧，闭合S2，建立岸上半桥小MMC直流侧额定电压，同时建立海上半桥MMC直流侧电压。
第二步：闭合开关S6、S8、S10、S11，启动海上半桥MMC交流侧V/F闭环控制，为了防止变压器启动激磁涌流，海上半桥MMC交流侧电压采用逐渐增加交流电压幅值的控制方法，直到海上公共连接点PCC1点电压达到额定值；在海上风电场交流电压建立后，海上平台储能启动，储能装置运行于电流源模式，并通过充放电维持SOC为60%；海上风机MPPT运行模式开始启动，根据当时海上风力情况，限制风机并网运行数量，保证风机发电功率低于总容量20%，并维持该状态运行一段时间。
第三步：如果监测到海上风力较大，整个风电场可发功率超过额定30%，则逐渐限制海上风机出力，当开关S4和S5出现电流过零点时，断开S4和S5，同时停止海上风机出力限幅继续降低；此时海上半桥MMC直流侧电容电压由储能装置维持，如果海上半桥MMC直流侧电容电压升高则储能充电，如果海上半桥MMC直流侧电容电压降低则储能放电。
第四步：闭合开关S3，待海上二极管阀直流侧建立稳定电压后，此电压值需保证闭合开关S7和S9后不会存在冲击电流，然后再闭合S7和S9，此时不再限制海上风电出力并使其工作在MPPT运行模式；储能装置启动，运行于电流源模式，并通过充放电维持SOC为60%；如果所有海上风机MPPT并网模式下，发电功率不低于额定总功率的10%，则一直保持此模式运行。
第五步：如果所有海上风机MPPT并网模式下，发电功率低于额定总功率的10%，则再次逐渐限制海上风机出力，当开关S3、S7、S9流过的电流降为零时，依次断开S3、S7、S9，同时停止海上风机出力限幅继续降低；此时海上半桥MMC直流侧电容电压由储能装置维持，如果海上半桥MMC直流侧电容电压升高则储能充电，如果海上半桥MMC直流侧电容电压降低则储能放电。
第六步：闭合开关S4和S5，整个系统将恢复到第二步中的状态；如果海上无风或风力持续较小，则继续运行在此状态；如果海上风力再次变大，则再根据前述方法切换到第四步中的运行状态。
本发明实施例还公开了一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统的控制方法，应用于上述基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，如图2所示，上述方法包括：
S201、获取启动指令，并基于上述启动指令向上述第一开关、上述第二开关、上述第四开关和上述第五开关发送第一闭合指令，向上述第三开关发送第一断开指令；上述第一开关、上述第二开关、上述第四开关和上述第五开关基于上述第一闭合指令闭合，上述第三开关基于上述第一断开指令断开；电网当获取到上述第一开关、上述第二开关、上述第四开关和上述第五开关闭合的状态时，向上述岸上半桥大模块化多电平变换器、上述岸上半桥小模块化多电平变换器和上述海上换流阀进行供电。
具体地，第一开关闭合时，电网给岸上半桥大模块化多电平变换器（简称岸上半桥大MMC）的直流侧电容进行不控充电，直至岸上半桥大MMC的直流侧电压达到额定电压的80%时，充电完成，解锁岸上半桥大MMC，建立岸上半桥大MMC直流侧额定电压，第三开关保持断开；第四开关和第五开关处于闭合状态时，岸上半桥大MMC直流侧处于旁路状态；第二开关闭合，建立岸上半桥小模块化多电平变换器（简称岸上半桥小MMC）直流侧额定电压，同时建立海上半桥MMC直流侧电压。
S202、获取海上换流阀的交流侧电压，并将上述海上换流阀的交流侧电压与预设电压进行比较，当上述海上换流阀的交流侧电压等于上述预设电压时，向海上风电场发送开启指令；上述海上风电场接收上述开启指令，并基于上述开启指令启动海上风机。
S203、获取上述海上风电场的实时风机发电功率，并基于上述实时风机发电功率分别向上述海上风电场、上述海上换流阀和上述岸上换流阀发送控制指令，上述控制指令用于切换系统运行模式。
具体地，向海上风电场发送开启指令，海上风电场接收开启指令并确认海上风电汇集交流电压已建立后，海上风机MPPT（Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪）运行模式开始启动，根据当时海上风力情况，限制风机并网运行数量，保证风机发电功率低于海上所有风机的总装机容量20%，并维持该状态运行一段时间。
进一步地，在获取到上述第一开关、上述第二开关、上述第四开关和上述第五开关闭合的状态时，向第一开关、第二开关、第四开关、第五开关、第六开关、第八开关和第十开关发送闭合指令，当第一开关、第二开关、第四开关、第五开关、第六开关、第八开关和第十开关处于闭合状态时，启动海上半桥模块化多电平变换器（简称海上半桥MMC）交流侧V/F闭环控制（定交流电压幅值和频率闭环控制），为了防止变压器启动激磁涌流，海上半桥MMC交流侧电压采用逐渐增加交流电压幅值的控制方法，直到海上公共连接点PCC1点的电压达到额定值。
进一步地，当公共连接点PCC1点的电压达到额定值时，控制保护装置向海上风电场发送开启指令，海上风电场接收开启指令并开始发电。
本发明提供的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统的控制方法，岸上换流阀采用岸上半桥大模块化多电平变换器和岸上半桥小模块化多电平变换器，采用大容量高阀和小容量低阀串联形式，岸上换流阀无需输出负压、无需采用全桥模块，节省了岸上换流阀成本，岸上换流阀配合高压直流侧旁路开关，实现了海上风电场的正常启动，并且控制保护装置根据海上风电场中的风力大小对上述海上风电场发送切换指令，进而海上风电场基于切换指令切换海上风机运行模式，保证了不同风力条件下海上风机汇集侧交流电压持续稳定，实现了不同风力条件下的运行模式平滑切换以及整个系统的稳定运行。
作为本发明一个可选实施方式，上述S203，即基于上述实时风机发电功率分别向上述海上风电场、上述海上换流阀和上述岸上换流阀发送控制指令，上述控制指令用于切换系统运行模式，包括：
获取上述海上风电场的实时风机发电功率，并将上述海上风电场的实时风机发电功率与第一额定功率进行比较，当上述海上风电场的实时风机发电功率大于上述第一额定功率时，向上述海上风电场发送第一控制指令；上述第一控制指令用于限制上述海上风电场中海上风机的出力。
具体地，如果监测到海上风力较大，即海上风电场的实时风机发电功率超过额定功率的30%，则逐渐限制海上风机出力。
作为本发明一个可选实施方式，上述S203，即基于上述实时风机发电功率分别向上述海上风电场、上述海上换流阀和上述岸上换流阀发送控制指令，上述控制指令用于切换系统运行模式，还包括：
在上述海上风机的出力降低时，获取上述第四开关的实时电流和上述第五开关的实时电流，当上述第四开关的实时电流与上述第五开关的实时电流过零点时，则分别向上述第四开关与上述第五开关发送第二断开指令，向上述海上风电场发送第二控制指令，上述第二控制指令用于停止限制对上述海上风机的出力，并向上述储能装置发送第一充放电指令；上述第四开关与上述第五开关基于上述第二断开指令断开，上述储能装置基于上述第一充放电指令向上述海上半桥模块化多电平变换器进行充放电。
具体地，第四开关的实时电流与上述第五开关的实时电流过零点时，第四开关与第五开关基于上述第二断开指令断开，切断了海上换流阀与岸上换流阀之间的连接，同时海上风电场基于第二控制指令停止海上风机出力限幅继续降低，此时海上半桥模块化多电平变换器（简称海上半桥MMC）的直流侧电容电压由储能装置通过充放电维持。
作为本发明一个可选实施方式，上述S203，即基于上述实时风机发电功率分别向上述海上风电场、上述海上换流阀和上述岸上换流阀发送控制指令，上述控制指令用于切换系统运行模式，包括：
在停止限制上述海上风机的出力后，向上述第三开关发送第二闭合指令，并获取上述海上换流阀的直流侧电压，当上述海上换流阀的直流侧电压符合稳定电压时，向上述第七开关和上述第九开关发送第三闭合指令，并向上述储能装置发送第二充放电指令；上述第三开关基于上述第二闭合指令闭合，上述第七开关和上述第九开关基于上述第三闭合指令闭合，上述储能装置基于上述第二充放电指令进行充放电，直至储能电量达到预设电量。
具体地，闭合第三开关，当海上换流阀的直流侧电压稳定时，海上换流阀与岸上换流阀至今恢复连接，再闭合第七开关和第九开关，此时不再限制海上风电出力并使其工作在MPPT运行模式，且海上储能再进行充放电状态，直至储能电量达到预设电量即将储能电量维持在总电量的60%。
进一步地，若所有海上风机处于MPPT运行模式下，其发电功率不低于额定总功率的10%，则一直保持此模式运行。
作为本发明一个可选实施方式，上述S203，即基于上述实时风机发电功率分别向上述海上风电场、上述海上换流阀和上述岸上换流阀发送控制指令，上述控制指令用于切换系统运行模式，包括：
当海上风机处于最大功率点跟踪运行模式时，采集上述海上风电场的可发功率，将上述海上风电场的可发功率与第二额定功率进行比较，当上述海上风电场的可发功率小于上述第二额定功率时，向上述海上风电场发送第三控制指令，上述第三控制指令用于限制上述海上风电场中海上风机的出力。
作为本发明一个可选实施方式，上述S203，即基于上述实时风机发电功率分别向上述海上风电场、上述海上换流阀和上述岸上换流阀发送控制指令，上述控制指令用于切换系统运行模式，包括：
在上述海上风机的出力降低时，获取上述第三开关、上述第七开关和上述第九开关的实时电流，当上述第三开关、上述第七开关和上述第九开关的实时电流过零点时，则分别向上述第三开关、上述第七开关和上述第九开关发送第三断开指令，向上述海上风电场发送第三控制指令，上述第三控制指令用于停止限制对上述海上风机的出力，并向上述储能装置发送第三充放电指令；上述第三开关、上述第七开关和上述第九开关基于上述第三断开指令断开，上述储能装置基于上述第三充放电指令向上述海上半桥模块化多电平变换器进行充放电。
具体地，如果所有海上风机MPPT运行模式下，海上风电场的可发功率低于第二额定功率（即额定总功率的10%），则再次逐渐限制海上风机出力，当第三开关、第七开关和第九开关流过的电流降为零时，依次断开第三开关、第七开关和第九开关，同时停止海上风机出力限幅继续降低，此时海上半桥MMC直流侧电容电压由储能装置维持。
进一步地，闭合第四开关和第五开关，如果海上无风或风力持续较小，则继续运行在MPPT运行模式；如果海上风力再次变大，则再根据逐渐限制海上风机出力，并进行运行模式切换，将海上二极管阀投入功率传输。
另外，本发明实施例还提供了一种电子设备，如图3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3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基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统的控制方法。
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2所示实施例中的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统的控制方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅图2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)

1.一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，其特征在于，包括：控制保护装置和拓扑电路，所述控制保护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、海缆、岸上换流阀和电网，所述海上风电场与所述海上换流阀连接，所述海上换流阀经所述海缆与所述岸上换流阀连接，所述岸上换流阀与所述电网连接；其中，所述岸上换流阀，包括：岸上半桥大模块化多电平变换器和岸上半桥小模块化多电平变换器；所述电网依次经第一开关和第一联结变与所述岸上半桥大模块化多电平变换器连接，并依次经第二开关和第二联结变与所述岸上半桥小模块化多电平变换器连接；所述岸上半桥大模块化多电平变换器经第三开关与所述海缆连接；所述岸上半桥大模块化多电平变换器的直流侧和所述岸上半桥小模块化多电平变换器的直流侧串联连接后经过第四开关与所述海缆连接；所述岸上半桥大模块化多电平变换器的交流侧和所述岸上半桥小模块化多电平变换器的交流侧并联连接；所述海缆经过第五开关与所述海上换流阀连接；
所述控制保护装置，用于获取启动指令，并基于所述启动指令向所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关发送第一闭合指令，向所述第三开关发送第一断开指令；所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关基于所述第一闭合指令闭合，所述第三开关基于所述第一断开指令断开；
所述电网，用于当获取到所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关闭合的状态时，向所述岸上半桥大模块化多电平变换器、所述岸上半桥小模块化多电平变换器和所述海上换流阀进行供电；
所述控制保护装置，还用于获取海上换流阀的交流侧电压，并将所述海上换流阀的交流侧电压与预设电压进行比较，当所述海上换流阀的交流侧电压等于所述预设电压时，向所述海上风电场发送开启指令；
所述海上风电场，用于接收所述开启指令，并基于所述开启指令启动海上风机；
所述控制保护装置，还用于获取所述海上风电场的实时风机发电功率，并基于所述实时风机发电功率分别向所述海上风电场、所述海上换流阀和所述岸上换流阀发送控制指令，所述控制指令用于切换系统运行模式。
2.根据权利要求1所述的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述海上换流阀，包括：第一海上二极管阀、第二海上二极管阀和海上半桥模块化多电平变换器；其中，
所述第一海上二极管阀、所述第二海上二极管阀和所述海上半桥模块化多电平变换器的直流侧串联连接，所述第一海上二极管阀、所述第二海上二极管阀和所述海上半桥模块化多电平变换器的交流侧并联连接；所述第二海上二极管阀的交流侧与所述海上半桥模块化多电平变换器的交流侧并联连接后经过第五开关与所述海缆连接；所述海上风电场经过第六开关与海上公共连接点连接；所述第一海上二极管阀依次经过第七开关、移相变压器和第八开关与所述海上公共连接点连接；所述第二海上二极管阀依次经过第九开关、所述移相变压器和所述第八开关与所述海上公共连接点连接；所述海上半桥模块化多电平变换器依次经过第三联结变和第十开关与所述海上公共连接点连接；其中，所述海上公共连接点为第六开关、所述第八开关和所述第十开关的连接重合点；
所述海上半桥模块化多电平变换器，用于当获取到所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关和所述第十开关闭合的状态时，则通过闭环控制建立交流侧电压。
3.根据权利要求2所述的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，其特征在于，还包括：储能装置；
所述储能装置经过升压变压器和第十一开关与所述海上公共连接点连接，用于获取海上半桥模块化多电平变换器的直流侧电压，当所述海上半桥模块化多电平变换器的直流侧电压升高时进行充电，当所述海上半桥模块化多电平变换器的直流侧电压降低时进行放电。
4.根据权利要求3所述的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述控制保护装置，还用于获取所述海上风电场的实时风机发电功率，并将所述海上风电场的实时风机发电功率与第一额定功率进行比较，当所述海上风电场的实时风机发电功率大于所述第一额定功率时，向所述海上风电场发送第一控制指令；所述第一控制指令用于限制所述海上风电场中海上风机的出力。
5.根据权利要求4所述的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述控制保护装置，还用于在所述海上风机的出力降低时，获取所述第四开关的实时电流和所述第五开关的实时电流，当所述第四开关的实时电流与所述第五开关的实时电流过零点时，则分别向所述第四开关与所述第五开关发送第二断开指令，向所述海上风电场发送第二控制指令，所述第二控制指令用于停止限制对所述海上风机的出力，并向所述储能装置发送第一充放电指令；所述第四开关与所述第五开关基于所述第二断开指令断开，所述储能装置基于所述第一充放电指令向所述海上半桥模块化多电平变换器进行充放电。
6.根据权利要求5所述的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述控制保护装置，还用于在停止限制所述海上风机的出力后，向所述第三开关发送第二闭合指令，并获取所述海上换流阀的直流侧电压，当所述海上换流阀的直流侧电压符合稳定电压时，向所述第七开关和所述第九开关发送第三闭合指令，并向所述储能装置发送第二充放电指令；所述第三开关基于所述第二闭合指令闭合，所述第七开关和所述第九开关基于所述第三闭合指令闭合，所述储能装置基于所述第二充放电指令进行充放电，直至储能电量达到预设电量。
7.根据权利要求6所述的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述海上风电场，还用于在停止限制海上风机的出力后，将海上风机的运行模式切换为最大功率点跟踪运行模式。
8.根据权利要求7所述的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述控制保护装置，还用于当海上风机处于最大功率点跟踪运行模式时，采集所述海上风电场的可发功率，将所述海上风电场的可发功率与第二额定功率进行比较，当所述海上风电场的可发功率小于所述第二额定功率时，向所述海上风电场发送第三控制指令，所述第三控制指令用于限制所述海上风电场中海上风机的出力。
9.根据权利要求8所述的一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述控制保护装置，还用于在所述海上风机的出力降低时，获取所述第三开关、所述第七开关和所述第九开关的实时电流，当所述第三开关、所述第七开关和所述第九开关的实时电流过零点时，则分别向所述第三开关、所述第七开关和所述第九开关发送第三断开指令，向所述海上风电场发送第三控制指令，所述第三控制指令用于停止限制对所述海上风机的出力，并向所述储能装置发送第三充放电指令；所述第三开关、所述第七开关和所述第九开关基于所述第三断开指令断开，所述储能装置基于所述第三充放电指令向所述海上半桥模块化多电平变换器进行充放电。
10.一种基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一项所述的基于岸上高低阀的海上风电直流送出系统，所述方法包括：
获取启动指令，并基于所述启动指令向所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关发送第一闭合指令，向所述第三开关发送第一断开指令；所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关基于所述第一闭合指令闭合，所述第三开关基于所述第一断开指令断开；电网当获取到所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关闭合的状态时，向所述岸上半桥大模块化多电平变换器、所述岸上半桥小模块化多电平变换器和所述海上换流阀进行供电；
获取海上换流阀的交流侧电压，并将所述海上换流阀的交流侧电压与预设电压进行比较，当所述海上换流阀的交流侧电压等于所述预设电压时，向海上风电场发送开启指令；所述海上风电场接收所述开启指令，并基于所述开启指令启动海上风机；
获取所述海上风电场的实时风机发电功率，并基于所述实时风机发电功率分别向所述海上风电场、所述海上换流阀和所述岸上换流阀发送控制指令，所述控制指令用于切换系统运行模式。
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