CN116316821A - 串联型混合海上风电直流输电系统及启动方法、装置 - Google Patents

串联型混合海上风电直流输电系统及启动方法、装置 Download PDF

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CN116316821A CN202310143082.4A CN202310143082A CN116316821A CN 116316821 A CN116316821 A CN 116316821A CN 202310143082 A CN202310143082 A CN 202310143082A CN 116316821 A CN116316821 A CN 116316821A
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Abstract

本公开涉及风力发电和直流输电技术领域，尤其涉及一种串联型混合海上风电直流输电系统及启动方法、装置。其中，该串联型混合海上风电直流输电系统，包括：海上风电场、海上二极管整流器、海上整流变压器、海上直流电压可变型辅助换流器、辅助连接变压器、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、耗能电阻、限流电阻、直流侧二极管、第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第一交流开关、第二交流开关、第三交流开关、第四交流开关、第五交流开关、第一直流电缆和第二直流电缆。采用本公开可以降低串联型混合海上风电直流输电系统的成本和体积。

Description

串联型混合海上风电直流输电系统及启动方法、装置
技术领域
本公开涉及风力发电和直流输电技术领域，尤其涉及一种串联型混合海上风电直流输电系统及启动方法、装置。
背景技术
海上风能具有风速稳定、发电量时间长、环境影响小等优点，是未来风电发展的趋势。为了获得更大的海域和更稳定的风能，海上风电正朝着远距离、大容量的趋势发展。相关技术中，可以采用基于串联型混合海上换流器的柔性直流输电技术进行远距离大容量的海上风电输送。然而，该串联型混合海上换流器需要通过海上以及岸上模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的负压输出能力来实现海上风电场启动，从而使得岸上MMC必须采用基于全桥子模块的全桥型MMC或者基于全桥子模块和半桥子模块构成的混合MMC等具有直流电压的大范围调节的MMC，从而导致岸上MMC的器件数量以及成本大幅增加，进而导致串联型混合海上风电直流输电系统的成本和体积较大。
发明内容
本公开提供了一种串联型混合海上风电直流输电系统及启动方法、装置，主要目的在于降低串联型混合海上风电直流输电系统的成本和体积。
根据本公开的一方面，提供了一种串联型混合海上风电直流输电系统，包括：海上风电场、海上二极管整流器、海上整流变压器、海上直流电压可变型辅助换流器、辅助连接变压器、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、耗能电阻、限流电阻、直流侧二极管、第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第一交流开关、第二交流开关、第三交流开关、第四交流开关、第五交流开关、第一直流电缆和第二直流电缆；其中，
所述海上整流变压器的第一端与所述第三交流开关的第一端连接，所述第三交流开关的第二端分别与所述第五交流开关的第一端和所述限流电阻的第一端连接，所述第五交流开关的第二端和所述限流电阻的第二端分别与所述海上风电场连接，所述海上整流变压器的第二端与所述海上二极管整流器的交流端连接；
所述辅助连接变压器的第一端与所述第四交流开关的第一端连接，所述第四交流开关的第二端与所述海上风电场连接，所述辅助连接变压器的第二端与所述海上直流电压可变型辅助换流器的交流端连接；
所述海上二极管整流器的直流正端通过所述第一直流电缆与所述岸上直流电压可变型换流器的直流正端连接，所述海上二极管整流器的直流负端分别与所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流正端和所述第三直流刀闸的第一端连接，所述第三直流刀闸的第二端与所述直流侧二极管的正极连接，所述直流侧二极管的负极与所述耗能电阻的第一端连接，所述耗能电阻的第二端与所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流负端连接，所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流负端通过所述第二直流电缆分别与所述岸上直流电压恒定型换流器的直流负端和所述第一直流刀闸的第一端连接，所述第一直流刀闸的第二端分别与所述岸上直流电压可变型换流器的直流负端和所述第二直流刀闸的第一端连接，所述第二直流刀闸的第二端与所述岸上直流电压恒定型换流器的直流正端连接；
所述岸上直流电压可变型换流器的交流端与所述第一交流开关的第一端连接，所述第一交流开关的第二端与岸上交流电网连接；
所述岸上直流电压恒定型换流器的交流端与所述第二交流开关的第一端连接，所述第二交流开关的第二端与所述岸上交流电网连接。
可选的，所述海上直流电压可变型辅助换流器、所述岸上直流电压可变型换流器和所述岸上直流电压恒定型换流器为模块化多电平换流器。
可选的，所述模块化多电平换流器包括第一相单元、第二相单元和第三相单元，所述第一相单元、所述第二相单元和所述第三相单元均包括上桥臂、上桥臂电感、下桥臂电感和下桥臂；其中，
所述上桥臂的下端和所述下桥臂的上端通过所述上桥臂电感和所述下桥臂电感相连接，所述上桥臂的上端与直流正母线相连接，所述下桥臂的下端与直流负母线相连接，所述上桥臂电感和所述下桥臂电感的连接点与交流母线相连接；
所述上桥臂和所述下桥臂均包括至少两个串联的子模块。
根据本公开的另一方面，提供了一种串联型混合海上风电直流输电系统启动方法，应用于前述一方面中任一项所述的串联型混合海上风电直流输电系统，包括：
采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，实现有功功率从岸上向海上的传输，完成海上直流电压可变型辅助换流器的充电启动，并为海上风电场提供启动电源；
基于所述启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电，其中，所述目标海上风机组为海上风电场中参与启动的海上风机组；
采用第二控制策略对所述第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、所述海上直流电压可变型辅助换流器、所述岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；
控制所述海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成所述串联型混合海上风电直流输电系统的启动。
可选的，所述采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，包括：
控制第一交流开关和第二交流开关闭合，通过岸上交流电网实现岸上直流电压可变型换流器和岸上直流电压恒定型换流器充电及启动；
控制第一直流刀闸闭合，确定第一直流电压目标值，基于所述第一直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电压模式，其中，所述第一直流电压目标值根据所述海上直流电压可变型辅助换流器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换流器充电并解锁；
确定第一直流电流目标值，基于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的工作模式切换为第一定直流电流模式，其中，所述第一直流电流目标值为所述串联型混合海上风电直流输电系统的额定直流电流。
可选的，所述控制海上直流电压可变型辅助换流器充电并解锁，包括：
控制海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块依次投入，并对所述海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块电容进行充电，直至所述子模块电容电压不小于预设启动电压值；
控制所述海上直流电压可变型辅助换流器对应的交流侧控制器运行于定交流电压控制模式，以控制所述海上直流电压可变型辅助换流器的输出交流电压为额定交流电压；
控制所述海上直流电压可变型辅助换流器对应的直流侧控制器运行于定子模块电容电压控制模式，以控制所述子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压。
可选的，所述控制所述子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压，包括：
通过所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流输出电压控制所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流侧有功功率，以控制所述子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压。
可选的，所述采用第二控制策略对所述第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、所述海上直流电压可变型辅助换流器、所述岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，包括：
控制第三直流刀闸闭合，控制所述海上直流电压可变型辅助换流器通过耗能电阻耗能；
确定第二直流电压目标值，基于所述第二直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第二定直流电压模式，当流经第一直流刀闸的电流降低为零时，控制所述第一直流刀闸断开，其中，所述第二直流电压目标值为将流经第一直流刀闸的电流降低为零的任意合适值；
控制第二直流刀闸闭合，通过所述岸上直流电压恒定型换流器的直流输出电压为直流电缆充电；
控制第三交流开关闭合，将海上整流变压器和海上二极管整流器通过限流电阻接入到海上交流电网；
控制第五交流开关闭合，旁路限流电阻；
确定第三直流电压目标值，并根据所述第三直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器的直流输出电压为能可靠关断直流侧二极管的任意负压值，当所述直流侧二极管可靠关断后，控制第三直流刀闸断开；
确定第四直流电压目标值，并根据所述第四直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器，其中，所述第四直流电压目标值根据海上风电场的输出功率确定。
可选的，所述基于所述启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电，包括：
控制第四交流开关闭合，以为海上交流电网提供交流电压，并基于所述启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电。
根据本公开的另一方面，提供了一种串联型混合海上风电直流输电系统启动装置，包括：
功率传输单元，用于采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，实现有功功率从岸上向海上的传输，完成海上直流电压可变型辅助换流器的充电启动，并为海上风电场提供启动电源；
风机组启动单元，用于基于所述启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电，其中，所述目标海上风机组为海上风电场中参与启动的海上风机组；
系统连接单元，用于采用第二控制策略对所述第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、所述海上直流电压可变型辅助换流器、所述岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；
系统启动单元，用于控制所述海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成所述串联型混合海上风电直流输电系统的启动。
可选的，所述功率传输单元用于采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制时，具体用于：
控制第一交流开关和第二交流开关闭合，通过岸上交流电网实现岸上直流电压可变型换流器和岸上直流电压恒定型换流器充电及启动；
控制第一直流刀闸闭合，确定第一直流电压目标值，基于所述第一直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电压模式，其中，所述第一直流电压目标值根据所述海上直流电压可变型辅助换流器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换流器充电并解锁；
确定第一直流电流目标值，基于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的工作模式切换为第一定直流电流模式，其中，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。
可选的，所述功率传输单元用于控制海上直流电压可变型辅助换流器充电并解锁时，具体用于：
控制海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块依次投入，并对所述海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块电容进行充电，直至所述子模块电容电压不小于预设启动电压值；
控制所述海上直流电压可变型辅助换流器对应的交流侧控制器运行于定交流电压控制模式，以控制所述海上直流电压可变型辅助换流器的输出交流电压为额定交流电压；
控制所述海上直流电压可变型辅助换流器对应的直流侧控制器运行于定子模块电容电压控制模式，以控制所述子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压。
可选的，所述功率传输单元用于控制所述子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压时，具体用于：
通过所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流输出电压控制所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流侧有功功率，以控制所述子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压。
可选的，所述系统连接单元用于采用第二控制策略对所述第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、所述海上直流电压可变型辅助换流器、所述岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制时，具体用于：
控制第三直流刀闸闭合，控制所述海上直流电压可变型辅助换流器通过耗能电阻耗能；
确定第二直流电压目标值，基于所述第二直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第二定直流电压模式，当流经第一直流刀闸的电流降低为零时，控制所述第一直流刀闸断开，其中，所述第二直流电压目标值为将流经第一直流刀闸的电流降低为零的任意合适值；
控制第二直流刀闸闭合，通过所述岸上直流电压恒定型换流器的直流输出电压为直流电缆充电；
控制第三交流开关闭合，将海上整流变压器和海上二极管整流器通过限流电阻接入到海上交流电网；
控制第五交流开关闭合，旁路限流电阻；
确定第三直流电压目标值，并根据所述第三直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器的直流输出电压为能可靠关断直流侧二极管的任意负压值，当所述直流侧二极管可靠关断后，控制第三直流刀闸断开；
确定第四直流电压目标值，并根据所述第四直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器，其中，所述第四直流电压目标值根据海上风电场的输出功率确定。
可选的，所述风机组启动单元用于基于所述启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电时，具体用于：
控制第四交流开关闭合，以为海上交流电网提供交流电压，并基于所述启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电。
根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述一方面中任一项所述的方法。
根据本公开的另一方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行前述一方面中任一项所述的方法。
根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现前述一方面中任一项所述的方法。
在本公开一个或多个实施例中，串联型混合海上风电直流输电系统，包括：海上风电场、海上二极管整流器、海上整流变压器、海上直流电压可变型辅助换流器、辅助连接变压器、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、耗能电阻、限流电阻、直流侧二极管、第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第一交流开关、第二交流开关、第三交流开关、第四交流开关、第五交流开关、第一直流电缆和第二直流电缆；其中，海上整流变压器的第一端与第三交流开关的第一端连接，第三交流开关的第二端分别与第五交流开关的第一端和限流电阻的第一端连接，第五交流开关的第二端和限流电阻的第二端分别与海上风电场连接，海上整流变压器的第二端与海上二极管整流器的交流端连接；辅助连接变压器的第一端与第四交流开关的第一端连接，第四交流开关的第二端与海上风电场连接，辅助连接变压器的第二端与海上直流电压可变型辅助换流器的交流端连接；海上二极管整流器的直流正端通过第一直流电缆与岸上直流电压可变型换流器的直流正端连接，海上二极管整流器的直流负端分别与海上直流电压可变型辅助换流器的直流正端和第三直流刀闸的第一端连接，第三直流刀闸的第二端与直流侧二极管的正极连接，直流侧二极管的负极与耗能电阻的第一端连接，耗能电阻的第二端分别与海上直流电压可变型辅助换流器的直流负端连接，海上直流电压可变型辅助换流器的直流负端通过第二直流电缆分别与岸上直流电压恒定型换流器的直流负端和第一直流刀闸的第一端连接，第一直流刀闸的第二端分别与岸上直流电压可变型换流器的直流负端和第二直流刀闸的第一端连接，第二直流刀闸的第二端与岸上直流电压恒定型换流器的直流正端连接；岸上直流电压可变型换流器的交流端与第一交流开关的第一端连接，第一交流开关的第二端与岸上交流电网连接；岸上直流电压恒定型换流器的交流端与第二交流开关的第一端连接，第二交流开关的第二端与岸上交流电网连接。因此，岸上换流器由一直流电压恒定型换流器和一直流电压可变型换流器串联构成，从而可以离散地实现直流电压大范围可调，在满足海上风电系统启动需求的情况下可以大幅降低岸上换流器的子模块及器件用量，可以降低串联型混合海上风电直流输电系统的成本和体积。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
图1示出本公开实施例提供的一种串联型混合海上风电直流输电系统的结构示意图；
图2示出本公开实施例提供的一种模块化多电平换流器的结构示意图；
图3示出本公开实施例提供的一种半桥子模块的结构示意图；
图4示出本公开实施例提供的一种双向电流型全桥子模块的结构示意图；
图5示出本公开实施例提供的一种单向电流型全桥子模块的结构示意图；
图6示出本公开实施例提供的第一种串联型混合海上风电直流输电系统启动方法的流程示意图；
图7示出本公开实施例提供的第二种串联型混合海上风电直流输电系统启动方法的流程示意图；
图8示出本公开实施例提供的一种串联型混合海上风电直流输电系统启动装置的结构示意图；
图9是用来实现本公开实施例的串联型混合海上风电直流输电系统启动方法的电子设备的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
海上风能具有风速稳定、发电量时间长、环境影响小等优点，是未来风电发展的必然趋势。为了获得更大的海域和更稳定的风能，海上风电正朝着远距离、大容量的趋势发展。
传统交流输电由于电缆的电容充电效应，导致其功率输送长度受到严重限制，无法适用于远距离大容量的海上风电输送。因此，目前远海风电送出主要采用基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性直流输电技术。虽然MMC具有谐波小、模块化等优点，但其包含大量的电力电子开关器件和子模块电容器，导致基于MMC的海上换流平台的体积和重量都极为庞大，成为限制远海风电发展的一个最为关键的因素。
为了降低海上换流平台的占地和体积，采用二极管整流桥(Diode Rectifier,DR)替代MMC的两类轻量化海上换流器拓扑方案得到广泛关注，即基于单独二极管整流器的海上换流器和基于二极管整流器和较小容量的辅助MMC的混合海上换流器。
二极管整流器直流输电方案具有体积小、占地小等优点，但是无法为海上风电机组提供启动电源，需要借助额外设备例如在海上平台设置柴油发电机或建设辅助线路从岸上提供启动电源。
根据直流侧并联或串联与否，基于DR和较小容量的辅助MMC的混合海上换流器方案可以分为并联型或串联型混合换流器两类。并联型混合海上换流器可以在启动过程中通过辅助MMC为海上风机提供启动电源，但是该类混合海上换流器需要将辅助MMC设计为较高的额定直流电压，在海上平台的体积和成本上并无优势。串联型混合海上换流器由于DR和辅助MMC串联的结构特点，可以使辅助MMC设计为较低的额定电压。但因为DR的直流电流单向特性，所以该类混合海上换流器需要通过海上以及岸上MMC的负压输出能力来实现海上风电场启动，从而使得岸上MMC必须采用基于全桥子模块的全桥型MMC或者基于全桥子模块和半桥子模块构成的混合MMC等具有直流电压的大范围调节的MMC，导致岸上MMC的器件数量以及成本大幅增加。
因此，有必要针对串联型混合海上换流器，提出一种所需增加额外成本较小、体积较小的新型岸上换流器，以降低串联型混合海上风电直流输电系统的成本和体积，以及提出一种关于此串联型混合海上风电直流输电系统的平滑、可靠启动方法。
下面结合具体的实施例对本公开进行详细说明。
在第一个实施例中，如图1所示，图1示出本公开实施例提供的一种串联型混合海上风电直流输电系统的结构示意图。如图1所示，该串联型混合海上风电直流输电系统，包括：海上风电场、海上二极管整流器、海上整流变压器、海上直流电压可变型辅助换流器、辅助连接变压器、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、耗能电阻R1、限流电阻R2、直流侧二极管D10、第一直流刀闸D11、第二直流刀闸D12、第三直流刀闸D13、第一交流开关S11、第二交流开关S12、第三交流开关S13、第四交流开关S14和第五交流开关S15、第一直流电缆和第二直流电缆；其中，
海上整流变压器的第一端与第三交流开关S13的第一端连接，第三交流开关S13的第二端分别与第五交流开关S15的第一端和限流电阻R2的第一端连接，第五交流开关S15的第二端和限流电阻R2的第二端分别与海上风电场连接，海上整流变压器的第二端与海上二极管整流器的交流端连接；
辅助连接变压器的第一端与第四交流开关S14的第一端连接，第四交流开关S14的第二端与海上风电场连接，辅助连接变压器的第二端与海上直流电压可变型辅助换流器的交流端连接；
海上二极管整流器的直流正端通过第一直流电缆与岸上直流电压可变型换流器的直流正端连接，海上二极管整流器的直流负端分别与海上直流电压可变型辅助换流器的直流正端和第三直流刀闸D13的第一端连接，第三直流刀闸D13的第二端与直流侧二极管D10的正极连接，直流侧二极管D10的负极与耗能电阻R1的第一端连接，耗能电阻R1的第二端与海上直流电压可变型辅助换流器的直流负端连接，海上直流电压可变型辅助换流器的直流负端通过第二直流电流分别与岸上直流电压恒定型换流器的直流负端和第一直流刀闸D11的第一端连接，第一直流刀闸D11的第二端分别与岸上直流电压可变型换流器的直流负端和第二直流刀闸D12的第一端连接，第二直流刀闸D12的第二端与岸上直流电压恒定型换流器的直流正端连接；
岸上直流电压可变型换流器的交流端与第一交流开关S11的第一端连接，第一交流开关S1的第二端与岸上交流电网连接；
岸上直流电压恒定型换流器的交流端与第二交流开关S12的第一端连接，第二交流开关S2的第二端与岸上交流电网连接。
根据一些实施例，限流电阻R2的阻值例如可以为5pu。
在本公开实施例中，海上直流电压可变型辅助换流器、岸上直流电压可变型换流器和岸上直流电压恒定型换流器为模块化多电平换流器。
在一些实施例中，岸上直流电压可变型换流器和岸上直流电压恒定型换流器的额定直流电压和额定容量例如可以分别占该串联型混合海上风电直流输电系统的总额定直流电压和总额定容量的10％和90％。
根据一些实施例，图2示出本公开实施例提供的一种模块化多电平换流器的结构示意图。如图2所示，该模块化多电平换流器包括第一相单元、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-。
在一些实施例中，子模块的种类包括但不限于半桥子模块、全桥子模块、单向电流型全桥子模块等。
在一些实施例中，图3示出本公开实施例提供的一种半桥子模块的结构示意图。如图3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4示出本公开实施例提供的一种双向电流型全桥子模块的结构示意图。如图4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的集电极为双向电流型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，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5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，本公开实施例提供的串联型混合海上风电直流输电系统，包括：海上风电场、海上二极管整流器、海上整流变压器、海上直流电压可变型辅助换流器、辅助连接变压器、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、耗能电阻、限流电阻、直流侧二极管、第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第一交流开关、第二交流开关、第三交流开关、第四交流开关、第五交流开关、第一直流电缆和第二直流电缆；其中，海上整流变压器的第一端与第三交流开关的第一端连接，第三交流开关的第二端分别与第五交流开关的第一端和限流电阻的第一端连接，第五交流开关的第二端和限流电阻的第二端分别与海上风电场连接，海上整流变压器的第二端与海上二极管整流器的交流端连接；辅助连接变压器的第一端与第四交流开关的第一端连接，第四交流开关的第二端与海上风电场连接，辅助连接变压器的第二端与海上直流电压可变型辅助换流器的交流端连接；海上二极管整流器的直流正端通过第一直流电缆与岸上直流电压可变型换流器的直流正端连接，海上二极管整流器的直流负端分别与海上直流电压可变型辅助换流器的直流正端和第三直流刀闸的第一端连接，第三直流刀闸的第二端与直流侧二极管的正极连接，直流侧二极管的负极与耗能电阻的第一端连接，耗能电阻的第二端分别与海上直流电压可变型辅助换流器的直流负端连接，海上直流电压可变型辅助换流器的直流负端通过第二直流电缆分别与岸上直流电压恒定型换流器的直流负端和第一直流刀闸的第一端连接，第一直流刀闸的第二端分别与岸上直流电压可变型换流器的直流负端和第二直流刀闸的第一端连接，第二直流刀闸的第二端与岸上直流电压恒定型换流器的直流正端连接；岸上直流电压可变型换流器的交流端与第一交流开关的第一端连接，第一交流开关的第二端与岸上交流电网连接；岸上直流电压恒定型换流器的交流端与第二交流开关的第一端连接，第二交流开关的第二端与岸上交流电网连接。因此，岸上换流器由一大容量的直流电压恒定型换流器和一小容量的直流电压可变型换流器串联构成，从而可以离散地实现直流电压大范围可调，在满足海上风电系统启动需求的情况下可以大幅降低岸上换流器的子模块及器件用量，可以在不额外增加过多器件的条件下实现直流电压大范围可调功能，可以降低串联型混合海上风电直流输电系统的成本和体积，具有系统结构和控制简单、成本低、动态控制性能好、谐波低、效率高等优势。
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种串联型混合海上风电直流输电系统启动方法。图6示出本公开实施例提供的第一种串联型混合海上风电直流输电系统启动方法的流程示意图。如图6所示，该方法可依赖于计算机程序实现，可运行于进行串联型混合海上风电直流输电系统启动方法的装置上。该计算机程序可集成在应用中，也可作为独立的工具类应用运行。其中，串联型混合海上风电直流输电系统启动装置可以是具有串联型混合海上风电直流输电系统启动功能的电子设备。该电子设备可以为具有自启动功能的串联型混合海上风电直流输电系统。
具体的，该串联型混合海上风电直流输电系统启动方法包括：
S101，采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，实现有功功率从岸上向海上的传输，完成海上直流电压可变型辅助换流器的充电启动，并为海上风电场提供启动电源；
根据一些实施例，第一控制策略指的是用于对串联型混合海上风电直流输电系统中的器件进行控制，实现有功功率从岸上向海上的传输，为海上风电场提供启动电源的策略。该第一控制策略并不特指某一固定策略。例如，当获取到针对第一控制策略的策略修改指令时，该第一控制策略可以发生变化。
易于理解的是，当进行串联型混合海上风电直流输电系统启动时，可以采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，实现有功功率从岸上向海上的传输，完成海上直流电压可变型辅助换流器的充电启动，并为海上风电场提供启动电源。
S102，基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电；
根据一些实施例，目标海上风机组为海上风电场中参与启动的海上风机组。该目标海上风机组并不特指某一固定机组。例如，当海上风电场发生变化时，该目标海上风机组可以发生变化。
易于理解的是，当为海上风电场提供启动电源时，可以基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电。
S103，采用第二控制策略对第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、海上直流电压可变型辅助换流器、岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；
根据一些实施例，第二控制策略并不特指某一固定策略。例如，当获取到针对第二控制策略的策略修改指令时，该第二控制策略可以发生变化。
易于理解的是，当控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电时，可以采用第二控制策略对第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、海上直流电压可变型辅助换流器、岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；
S104，控制海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成串联型混合海上风电直流输电系统的启动。
易于理解的是，当完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接后，可以控制海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成串联型混合海上风电直流输电系统的启动。
综上，本公开实施例提供的方法，通过采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，实现有功功率从岸上向海上的传输，完成海上直流电压可变型辅助换流器的充电启动，并为海上风电场提供启动电源；基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电；采用第二控制策略对第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、海上直流电压可变型辅助换流器、岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；控制海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成串联型混合海上风电直流输电系统的启动。因此，通过第一直流刀闸和第二直流刀闸的配合，使得系统能够利用岸上小容量直流电压可变型换流器的负压输出能力，从而实现有功功率从岸上向海上的传输，为海上风电机组提供启动电源；同时，使得岸上大容量直流电压恒定型换流器的电容电压可以通过与交流电网相连而维持。其次，通过耗能电阻和第三直流刀闸的配合，使得海上直流电压可变型辅助换流器可以在和岸上中断功率传输的情况下维持其电容电压。另外，通过岸上小容量直流电压可变型换流器的控制，第三直流刀闸可以在零电流情况下实现开断，可以降低对其分断性能的要求。并且，通过岸上小容量直流电压可变型换流器的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，可以实现该海上风电直流输电系统的启动，且系统启动过程平稳无冲击。
请参见图7，图7示出本公开实施例提供的第二种串联型混合海上风电直流输电系统启动方法的流程示意图。该方法可以由电子设备执行。具体的，该串联型混合海上风电直流输电系统启动方法包括：
S201，控制第一交流开关和第二交流开关闭合，通过岸上交流电网实现岸上直流电压可变型换流器和岸上直流电压恒定型换流器充电及启动；
易于理解的是，当进行串联型混合海上风电直流输电系统启动时，可以实现第一交流开关S11闭合，控制第二交流开关S12闭合，通过岸上交流电网完成岸上小容量直流电压可变型换流器和岸上大容量直流电压恒定型换流器的充电及启动。
S202，控制第一直流刀闸闭合，确定第一直流电压目标值，基于第一直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电压模式；
根据一些实施例，第一直流电压目标值可以根据海上直流电压可变型辅助换流器的子模块电容电压的预设启动电压值确定；
易于理解的是，当完成岸上直流电压可变型换流器和岸上直流电压恒定型换流器启动时，可以控制第一直流刀闸D11闭合，确定第一直流电压目标值Udc1，基于第一直流电压目标值Udc1控制岸上小容量直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电压模式。
S203，控制海上直流电压可变型辅助换流器充电并解锁；
根据一些实施例，控制海上直流电压可变型辅助换流器充电并解锁时，可以控制海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块依次投入，并对海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块电容进行充电，直至海上直流电压可变型辅助换流器中所有子模块电容电压不小于预设启动电压值；控制海上直流电压可变型辅助换流器对应的交流侧控制器运行于定交流电压控制模式，以控制海上直流电压可变型辅助换流器的输出交流电压为额定交流电压；控制海上直流电压可变型辅助换流器对应的直流侧控制器运行于定子模块电容电压控制模式，以控制子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压。
在一些实施例中，控制子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压时，可以通过海上直流电压可变型辅助换流器的直流输出电压控制海上直流电压可变型辅助换流器的直流侧有功功率，以控制子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压。
在一些实施例中，对海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块电容进行充电时，可以通过直流线路电流对子模块电容进行充电。
在一些实施例中，控制海上直流电压可变型辅助换流器的输出交流电压为额定交流电压时，可以控制输出交流电压的幅值和频率为额定幅值和额定频率。
在一些实施例中，海上直流电压可变型辅助换流器的直流侧有功功率包括但不限于吸收的有功功率、输出的有功功率。
易于理解的是，当基于第一直流电压目标值Udc1控制岸上小容量直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电压模式时，可以控制海上直流电压可变型辅助换流器充电并解锁。
S204，确定第一直流电流目标值，基于第一直流电流目标值控制岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电流模式，实现有功功率从岸上向海上的传输，为海上风电场提供启动电源；
根据一些实施例，第一直流电流目标值为串联型混合海上风电直流输电系统的额定直流电流。
易于理解的是，当控制海上直流电压可变型辅助换流器解锁时，可以确定第一直流电流目标值Idc1，基于第一直流电流目标值Idc1控制岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电流模式，实现有功功率从岸上向海上的传输，为海上风电场提供启动电源。
S205，基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电；
易于理解的是，实现有功功率从岸上向海上的传输，为海上风电场提供启动电源时，可以控制第四交流开关S14闭合，为海上交流电网提供交流电压，并基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电。
S206，控制第三直流刀闸闭合，控制海上直流电压可变型辅助换流器通过耗能电阻耗能；
易于理解的是，当基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电时，可以控制第三直流刀闸D13闭合，控制海上直流电压可变型辅助换流器通过耗能电阻R1耗能。
S207，确定第二直流电压目标值，基于第二直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第二定直流电压模式，当流经第一直流刀闸的电流降低为零时，控制第一直流刀闸断开；
根据一些实施例，第二直流电压目标值为可以将流经第一直流刀闸的电流降低为零的任意合适值。
易于理解的是，当控制海上直流电压可变型辅助换流器通过耗能电阻R1耗能时，可以确定第二直流电压目标值Udc2，基于第二直流电压目标值Udc2控制岸上小容量直流电压可变型换流器的工作模式切换为第二定直流电压模式，当流经第一直流刀闸D11的电流降低为零时，控制第一直流刀闸D11断开。
S208，控制第二直流刀闸闭合，通过岸上直流电压恒定型换流器的直流输出电压为直流电缆充电；
易于理解的是，当控制第一直流刀闸D11断开时，可以控制第二直流刀闸D12闭合，通过岸上大容量直流电压恒定型换流器的直流输出电压为直流电缆(第一直流电缆和第二直流电缆)充电。
S209，控制第三交流开关闭合，将海上整流变压器和海上二极管整流器通过限流电阻接入到海上交流电网；
易于理解的是，当通过岸上直流电压恒定型换流器的直流输出电压为直流电缆充电时，可以控制第三交流开关S13闭合，将海上整流变压器和海上二极管整流器通过限流电阻R2接入到海上交流电网。
S210，控制第五交流开关闭合，旁路限流电阻；
S211，确定第三直流电压目标值，并根据第三直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器的直流输出电压为能可靠关断直流侧二极管的任意负压值，当直流侧二极管可靠关断后，控制第三直流刀闸断开；
S212，确定第四直流电压目标值，并根据第四直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；
根据一些实施例，第四直流电压目标值根据海上风电场的输出功率确定。
S213，控制海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成串联型混合海上风电直流输电系统的启动。
易于理解的是，当完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接时，可以控制海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成串联型混合海上风电直流输电系统的启动。
综上，本公开实施例提供的方法，首先，通过控制第一交流开关和第二交流开关闭合，通过岸上交流电网控制岸上直流电压可变型换流器和岸上直流电压恒定型换流器充电及启动；控制第一直流刀闸闭合，确定第一直流电压目标值，基于第一直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电压模式；控制海上直流电压可变型辅助换流器充电并解锁；确定第一直流电流目标值，基于第一直流电流目标值控制岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电流模式，控制岸上交流电网输出的有功功率从岸上向海上的传输，为海上风电场提供启动电源；因此，通过第一直流刀闸和第二直流刀闸的配合，使得系统能够利用岸上小容量直流电压可变型换流器的负压输出能力，从而实现有功功率从岸上向海上的传输，为海上风电机组提供启动电源；同时，使得岸上大容量直流电压恒定型换流器的电容电压可以通过与交流电网相连而维持。其次，基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电；控制第三直流刀闸闭合，控制海上直流电压可变型辅助换流器通过耗能电阻耗能；确定第二直流电压目标值，基于第二直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第二定直流电压模式，当流经第一直流刀闸的电流降低为零时，控制第一直流刀闸断开；控制第二直流刀闸闭合，通过岸上直流电压恒定型换流器的直流输出电压为直流电缆充电；控制第三交流开关闭合，将海上整流变压器和海上二极管整流器通过限流电阻接入到海上交流电网；控制第五交流开关闭合，旁路限流电阻；确定第三直流电压目标值，并根据第三直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器的直流输出电压为能可靠关断直流侧二极管的任意负压值，当直流侧二极管可靠关断后，控制第三直流刀闸断开；确定第四直流电压目标值，并根据第四直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；因此，通过耗能电阻和第三直流刀闸的配合，使得海上直流电压可变型辅助换流器可以在和岸上中断功率传输的情况下维持其电容电压；另外，通过岸上小容量直流电压可变型换流器的控制，第三直流刀闸可以在零电流情况下实现开断，可以降低对其分断性能的要求。最后，控制海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成串联型混合海上风电直流输电系统的启动。因此，通过岸上小容量直流电压可变型换流器的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，可以实现该海上风电直流输电系统的启动，且系统启动过程平稳无冲击。
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
下述为本公开装置实施例，可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开装置实施例中未披露的细节，请参照本公开方法实施例。
请参见图8，其示出本公开实施例提供的一种串联型混合海上风电直流输电系统启动装置的结构示意图。该串联型混合海上风电直流输电系统启动装置可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为装置的全部或一部分。该串联型混合海上风电直流输电系统启动装置800包括功率传输单元801、风机组启动单元802、系统连接单元803和系统启动单元804，其中：
功率传输单元801，用于采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，控制岸上交流电网输出的有功功率从岸上向海上的传输，完成海上直流电压可变型辅助换流器的充电启动，并为海上风电场提供启动电源；
风机组启动单元802，用于基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电，其中，目标海上风机组为海上风电场中参与启动的海上风机组；
系统连接单元803，用于采用第二控制策略对第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、海上直流电压可变型辅助换流器、岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；
系统启动单元804，用于控制海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成串联型混合海上风电直流输电系统的启动。
可选的，功率传输单元801用于采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制时，具体用于：
控制第一交流开关和第二交流开关闭合，通过岸上交流电网实现岸上直流电压可变型换流器和岸上直流电压恒定型换流器充电及启动；
控制第一直流刀闸闭合，确定第一直流电压目标值，基于第一直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电压模式，其中，第一直流电压目标值根据海上直流电压可变型辅助换流器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换流器充电并解锁；
确定第一直流电流目标值，基于第一直流电流目标值控制岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电流模式，其中，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。
可选的，功率传输单元801用于控制海上直流电压可变型辅助换流器充电并解锁时，具体用于：
控制海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块依次投入，并对海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块电容进行充电，直至子模块电容电压不小于预设启动电压值；
控制海上直流电压可变型辅助换流器对应的交流侧控制器运行于定交流电压控制模式，以控制海上直流电压可变型辅助换流器的输出交流电压为额定交流电压；
控制海上直流电压可变型辅助换流器对应的直流侧控制器运行于定子模块电容电压控制模式，以控制子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压。
可选的，功率传输单元801用于控制子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压时，具体用于：
通过海上直流电压可变型辅助换流器的直流输出电压控制海上直流电压可变型辅助换流器的直流侧有功功率，以控制子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压。
可选的，系统连接单元803用于采用第二控制策略对第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、海上直流电压可变型辅助换流器、岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制时，具体用于：
控制第三直流刀闸闭合，控制海上直流电压可变型辅助换流器通过耗能电阻耗能；
确定第二直流电压目标值，基于第二直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第二定直流电压模式，当流经第一直流刀闸的电流降低为零时，控制第一直流刀闸断开，其中，第二直流电压目标值为将流经第一直流刀闸的电流降低为零的任意合适值；
控制第二直流刀闸闭合，通过岸上直流电压恒定型换流器的直流输出电压为直流电缆充电；
控制第三交流开关闭合，将海上整流变压器和海上二极管整流器通过限流电阻接入到海上交流电网；
控制第五交流开关闭合，旁路限流电阻；
确定第三直流电压目标值，并根据第三直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器的直流输出电压为能可靠关断直流侧二极管的任意负压值，当直流侧二极管可靠关断后，控制第三直流刀闸断开；
确定第四直流电压目标值，并根据第四直流电压目标值控制岸上直流电压可变型换流器，其中，第四直流电压目标值根据海上风电场的输出功率确定。
可选的，风机组启动单元804用于基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电时，具体用于：
控制第四交流开关闭合，以为海上交流电网提供交流电压，并基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电。
需要说明的是，上述实施例提供的串联型混合海上风电直流输电系统启动装置在执行串联型混合海上风电直流输电系统启动方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的串联型混合海上风电直流输电系统启动装置与串联型混合海上风电直流输电系统启动方法实施例属于同一构思，其体现实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
综上，本公开实施例提供的装置，通过功率传输单元采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，控制岸上交流电网输出的有功功率从岸上向海上的传输，完成海上直流电压可变型辅助换流器的充电启动，并为海上风电场提供启动电源；风机组启动单元基于启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电，其中，目标海上风机组为海上风电场中参与启动的海上风机组；系统连接单元采用第二控制策略对第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、海上直流电压可变型辅助换流器、岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；系统启动单元控制海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成串联型混合海上风电直流输电系统的启动。因此，通过第一直流刀闸和第二直流刀闸的配合，使得系统能够利用岸上小容量直流电压可变型换流器的负压输出能力，从而实现有功功率从岸上向海上的传输，为海上风电机组提供启动电源；同时，使得岸上大容量直流电压恒定型换流器的电容电压可以通过与交流电网相连而维持。其次，通过耗能电阻和第三直流刀闸的配合，使得海上直流电压可变型辅助换流器可以在和岸上中断功率传输的情况下维持其电容电压。另外，通过岸上小容量直流电压可变型换流器的控制，第三直流刀闸可以在零电流情况下实现开断，可以降低对其分断性能的要求。并且，通过岸上小容量直流电压可变型换流器的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，可以实现该海上风电直流输电系统的启动，且系统启动过程平稳无冲击。
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
图9示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备900的示意性框图。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
如图9所示，电子设备900包括计算单元901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的计算机程序或者从存储单元908加载到随机访问存储器(RAM)903中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 903中，还可存储电子设备900操作所需的各种程序和数据。计算单元901、ROM 902以及RAM 903通过总线904彼此相连。输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。
电子设备900中的多个部件连接至I/O接口905，包括：输入单元906，例如键盘、鼠标等；输出单元907，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元908，例如磁盘、光盘等；以及通信单元909，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元909允许电子设备900通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
计算单元901可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元901的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元901执行上文所描述的各个方法和处理，例如串联型混合海上风电直流输电系统启动方法。例如，在一些实施例中，串联型混合海上风电直流输电系统启动方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元908。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 902和/或通信单元909而被载入和/或安装到电子设备900上。当计算机程序加载到RAM 903并由计算单元901执行时，可以执行上文描述的串联型混合海上风电直流输电系统启动方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元901可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行串联型混合海上风电直流输电系统启动方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网和区块链网络。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务("Virtual Private Server"，或简称"VPS")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串联型混合海上风电直流输电系统，其特征在于，包括：海上风电场、海上二极管整流器、海上整流变压器、海上直流电压可变型辅助换流器、辅助连接变压器、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、耗能电阻、限流电阻、直流侧二极管、第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第一交流开关、第二交流开关、第三交流开关、第四交流开关、第五交流开关、第一直流电缆和第二直流电缆；其中，
所述海上整流变压器的第一端与所述第三交流开关的第一端连接，所述第三交流开关的第二端分别与所述第五交流开关的第一端和所述限流电阻的第一端连接，所述第五交流开关的第二端和所述限流电阻的第二端分别与所述海上风电场连接，所述海上整流变压器的第二端与所述海上二极管整流器的交流端连接；
所述辅助连接变压器的第一端与所述第四交流开关的第一端连接，所述第四交流开关的第二端与所述海上风电场连接，所述辅助连接变压器的第二端与所述海上直流电压可变型辅助换流器的交流端连接；
所述海上二极管整流器的直流正端通过所述第一直流电缆与所述岸上直流电压可变型换流器的直流正端连接，所述海上二极管整流器的直流负端分别与所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流正端和所述第三直流刀闸的第一端连接，所述第三直流刀闸的第二端与所述直流侧二极管的正极连接，所述直流侧二极管的负极与所述耗能电阻的第一端连接，所述耗能电阻的第二端与所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流负端连接，所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流负端通过所述第二直流电缆分别与所述岸上直流电压恒定型换流器的直流负端和所述第一直流刀闸的第一端连接，所述第一直流刀闸的第二端分别与所述岸上直流电压可变型换流器的直流负端和所述第二直流刀闸的第一端连接，所述第二直流刀闸的第二端与所述岸上直流电压恒定型换流器的直流正端连接；
所述岸上直流电压可变型换流器的交流端与所述第一交流开关的第一端连接，所述第一交流开关的第二端与岸上交流电网连接；
所述岸上直流电压恒定型换流器的交流端与所述第二交流开关的第一端连接，所述第二交流开关的第二端与所述岸上交流电网连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述海上直流电压可变型辅助换流器、所述岸上直流电压可变型换流器和所述岸上直流电压恒定型换流器为模块化多电平换流器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述模块化多电平换流器包括第一相单元、第二相单元和第三相单元，所述第一相单元、所述第二相单元和所述第三相单元均包括上桥臂、上桥臂电感、下桥臂电感和下桥臂；其中，
所述上桥臂的下端和所述下桥臂的上端通过所述上桥臂电感和所述下桥臂电感相连接，所述上桥臂的上端与直流正母线相连接，所述下桥臂的下端与直流负母线相连接，所述上桥臂电感和所述下桥臂电感的连接点与交流母线相连接；
所述上桥臂和所述下桥臂均包括至少两个串联的子模块。
4.一种串联型混合海上风电直流输电系统启动方法，其特征在于，应用于如权利要求1至3中任一项所述的串联型混合海上风电直流输电系统，包括：
采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，实现有功功率从岸上向海上的传输，完成海上直流电压可变型辅助换流器的充电启动，并为海上风电场提供启动电源；
基于所述启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电，其中，所述目标海上风机组为海上风电场中参与启动的海上风机组；
采用第二控制策略对所述第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、所述海上直流电压可变型辅助换流器、所述岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；
控制所述海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成所述串联型混合海上风电直流输电系统的启动。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，包括：
控制第一交流开关和第二交流开关闭合，通过岸上交流电网实现岸上直流电压可变型换流器和岸上直流电压恒定型换流器充电及启动；控制第一直流刀闸闭合，确定第一直流电压目标值，基于所述第一直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第一定直流电压模式，其中，所述第一直流电压目标值根据所述海上直流电压可变型辅助换流器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换流器充电并解锁；
确定第一直流电流目标值，基于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的工作模式切换为第一定直流电流模式，其中，所述第一直流电流目标值为所述串联型混合海上风电直流输电系统的额定直流电流。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制海上直流电压可变型辅助换流器充电并解锁，包括：
控制海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块依次投入，并对所述海上直流电压可变型辅助换流器中的子模块电容进行充电，直至所述子模块电容电压不小于预设启动电压值；
控制所述海上直流电压可变型辅助换流器对应的交流侧控制器运行于定交流电压控制模式，以控制所述海上直流电压可变型辅助换流器的输出交流电压为额定交流电压；
控制所述海上直流电压可变型辅助换流器对应的直流侧控制器运行于定子模块电容电压控制模式，以控制所述子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制所述子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压，包括：
通过所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流输出电压控制所述海上直流电压可变型辅助换流器的直流侧有功功率，以控制所述子模块电容对应的子模块电容电压为额定子模块电容电压。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用第二控制策略对所述第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、所述海上直流电压可变型辅助换流器、所述岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，包括：
控制第三直流刀闸闭合，控制所述海上直流电压可变型辅助换流器通过耗能电阻耗能；
确定第二直流电压目标值，基于所述第二直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器的工作模式切换为第二定直流电压模式，当流经第一直流刀闸的电流降低为零时，控制所述第一直流刀闸断开，其中，所述第二直流电压目标值为将流经第一直流刀闸的电流降低为零的任意合适值；
控制第二直流刀闸闭合，通过所述岸上直流电压恒定型换流器的直流输出电压为直流电缆充电；
控制第三交流开关闭合，将海上整流变压器和海上二极管整流器通过限流电阻接入到海上交流电网；
控制第五交流开关闭合，旁路限流电阻；
确定第三直流电压目标值，并根据所述第三直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器的直流输出电压为能可靠关断直流侧二极管的任意负压值，当所述直流侧二极管可靠关断后，控制第三直流刀闸断开；
确定第四直流电压目标值，并根据所述第四直流电压目标值控制所述岸上直流电压可变型换流器，其中，所述第四直流电压目标值根据海上风电场的输出功率确定。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电，包括：
控制第四交流开关闭合，以为海上交流电网提供交流电压，并基于所述启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电。
10.一种串联型混合海上风电直流输电系统启动装置，其特征在于，包括：
功率传输单元，用于采用第一控制策略对第一交流开关、第二交流开关、第一直流刀闸、岸上直流电压可变型换流器、岸上直流电压恒定型换流器、海上直流电压可变型辅助换流器的工作状态进行控制，实现有功功率从岸上向海上的传输，完成海上直流电压可变型辅助换流器的充电启动，并为海上风电场提供启动电源；
风机组启动单元，用于基于所述启动电源控制至少一台目标海上风机组进行启动以及并网发电，其中，所述目标海上风机组为海上风电场中参与启动的海上风机组；
系统连接单元，用于采用第二控制策略对所述第一直流刀闸、第二直流刀闸、第三直流刀闸、第三交流开关、第五交流开关、所述海上直流电压可变型辅助换流器、所述岸上直流电压可变型换流器、海上整流变压器、海上二极管整流器的工作状态进行控制，完成海上二极管整流器与海上交流系统的连接；
系统启动单元，用于控制所述海上风电场中除目标海上风机组之外的海上风电机组连接至海上交流电网，以完成所述串联型混合海上风电直流输电系统的启动。
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