[发明专利]海上风电经混合直流送出控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种海上风电经混合直流送出控制系统及其控制方法，所述控制方法通过在系统启动时先解锁陆上换流站，并控制陆上换流站直流电压为第一预设电压值，再解锁海上MMC换流阀，然后启动部分风电机组，通过降低陆上换流站直流电压，进而使得海上DR换流阀直流电压随之降低至预设的电压阈值后，使得海上DR换流阀导通开始输送直流功率，再启动剩余海上风电机组，通过控制陆上换流站直流电压进一步降低，以使得海上DR的传输功率继续上升，进而使得直流功率全部经由海上DR换流阀而不是海上MMC换流阀注入直流侧，从而降低小容量的海上MMC换流阀长期运行时的损耗，提高经济性，避免了海上MMC换流阀过载，保证了系统安全稳定运行。

技术领域

本发明涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种海上风电经混合直流送出控制系统及其控制方法。

背景技术

近年来，柔性直流输电技术(英文全称voltage source converter based high-voltage direct current，英文简称VSC-HVDC)获得了快速发展。同时因为柔性直流能够对风电场输出功率进行快速灵活的控制，并且可以独立控制风电场并网点的母线电压和频率，运用柔性直流方式接入风电场功率，并输送至陆上电网，目前已在国内外应用于实际工程。

然而，现有的海上风电经柔性直流送出海上换流站和陆上换流站均采用基于模块化多电平换流器(英文全称modular multilevelconverter，英文简称MMC)，随着海上风电输电规模的增加，基于MMC的海上平台换流站的体积以及重量将大幅增加，大大增加了工程的建设难度及成本。为减少海上平台的体积和造价，学术界提出了多种新型海上送端换流站的拓扑结构，其中包括大容量二极管不控整流阀(英文全称diode rectifier，英文简称DR)+小容量MMC并联的混合直流拓扑。基于MMC的柔性直流输电系统具备运行方式灵活和无源运行能力的特点。单纯基于二极管不控整流DR的海上平台具备体积小、造价低等优点，也是海上风电送出极具潜力的备选方案，但其缺乏无源启动能力。利用MMC和DR并联连接构成海上风电混合直流送出系统，使得海上风电机组无需加装储能装置和控制策略改造，实现无源系统的启动和运行。上述拓扑结构在保证海上风电平稳送出的基础上，整体造价相比于单独的MMC换流阀可降低20％以上，是海上风电送出极具潜力的送出方案。

因MMC传输功率时存在较大的损耗，并且造价远高于同容量的DR。对于上述拓扑结构，应采取特殊的控制策略，保证海上风电场出力较大时，直流功率经由大容量的DR而非小容量的MMC注入直流侧。已有的策略一般是利用小容量的MMC的V/F控制环节控制海上交流系统的电压幅值，改变DR的阀侧交流电压和直流侧电压，进而控制DR注入的直流功率等于海上风电场发出的功率，使小容量MMC流经的功率基本为零。但是上述控制方法，较大幅度频繁地改变海上风电场的交流电压幅值，电压波动范围可能超过0.1pu。大幅度地改变整个海上风电场和海上换流站交流侧交流电压，影响范围较大，将可能造成风电场配备的无功补偿装置的频繁投切，甚至可能影响海上风电机组的安全稳定运行，造成风机脱网。

发明内容

本发明实施例提供一种海上风电经混合直流送出控制系统及其控制方法，其能根据海上风电场出力大小，控制陆上直流侧电压大小，使直流功率全部经由大容量的海上DR换流阀输送，小容量的海上MMC换流阀传输功率基本为0，减少了海上MMC换流阀的损耗，提高了经济性，并保证了系统的安全稳定运行。

本发明实施例提供的海上风电经混合直流送出控制系统，包括海上换流站、陆上换流站、海上换流站控制系统和陆上换流站控制系统；

所述海上换流站和所述陆上换流站连接，所述海上换流站控制系统通信连接所述海上换流站，所述陆上换流站控制系统通信连接所述陆上换流站；所述海上换流站的交流侧连接海上风电场，直流侧连接直流线缆；所述陆上换流站的直流侧连接直流线缆，交流侧连接陆上交流系统；

所述海上换流站包含海上DR换流阀和海上MMC换流阀，所述海上DR换流阀和所述海上MMC换流阀并联连接；所述陆上换流站包含陆上MMC换流阀；