一种用于海上风力发电电能送出的拓扑电路

摘要

本发明公开了电能传输电路设计领域的一种用于海上风力发电电能送出的拓扑电路。其技术方案是，所述电路包括风力发电机组、高压直流输电送端、高压直流输电受端和直流线路；所述高压直流输电送端包括整流侧变压器和线路换相换流器LCC；所述高压直流输电受端包括电压源型换流器VSC和逆变侧变压器；所述直流线路包括电抗器、电容器和功率二极管。本发明的有益效果是，针对海上风力发电电力传输的需要，提出一种基于LCC＋VSC的混合直流输电的电路结构及其控制方法，实现高性能、低造价和低损耗的电能传输方式。

权利要求

1.一种用于海上风力发电电能送出的拓扑电路，其特征在于，所述电路包括风力发电机组、高压直流输电送端、高压直流输电受端和直流线路；所述高压直流输电送端包括整流侧变压器和线路换相换流器LCC；所述高压直流输电受端包括电压源型换流器VSC和逆变侧变压器；所述直流线路包括电抗器、电容器和功率二极管；

其中，所述风力发电机组、整流侧变压器和线路换相换流器LCC顺次连接；

所述线路换相换流器LCC的正极通过电抗器与功率二极管的正极连接；所述线路换相换流器LCC的负极分别与所述电容器的负极和电压源型换流器VSC的负极连接；所述电抗器用于抑制电流波动；所述电容器用于电压抑制波动；

所述功率二极管的负极分别与所述电容器的正极和电压源型换流器VSC的正极连接；

所述功率二极管用于抑制直流短路电流；

所述电压源型换流器VSC与所述逆变侧变压器连接；

所述风力发电机组采用直驱风力发电方式；

所述线路换相换流器LCC采用定功率决定的定电流控制方式；

所述电压源型换流器VSC采用定直流电压控制方式；

所述直流线路中线路换相换流器LCC侧串联一个电抗器L，实现对电流波动的抑制，VSC侧并联一个电容器C，实现对电压波动的抑制，VSC侧串联一个功率二极管，实现对直流短路电流的抑制；

所述线路换相换流器LCC侧由定功率决定的定电流控制、电压源型换流器VSC侧采用定直流电压控制，实现系统的稳定运行和故障后的恢复，线路换相换流器LCC侧的功率值通过风电场运行状况由最大功率追踪决定。

说明书

一种用于海上风力发电电能送出的拓扑电路

技术领域

[0001] 本发明属于电能传输电路设计领域，尤其涉及一种用于海上风力发电电能送出的拓扑电路。

背景技术

[0002] 采用基于晶闸管的电流源型换流器LCC已获得广泛应用。然而，这类换流器存在对受端电网强度要求高、可能发生换相失败、吸收无功功率多等问题。直到近几年，随着大容量自关断电力电子器件的快速发展，使采用电压源型换流器VSC的柔性直流输电快速发展，并且在国内外均有实际工程投入运行。柔性直流输电技术的优异性来源于其使用电压源型换流器，控制灵活，性能优异。但是由于采用IGBT等大容量自关断电力电子器件，相比于常规直流所采用的晶闸管，造价高昂。所以可以将常规直流技术的经济性和柔性直流的技术优势结合起来，构成混合直流输电技术，即一端采用电流源型换流器，另一端采用电压源型换流器，中间通过直流线路相连。不但保留柔性直流输电技术的绝大部分优势，而且造价可以大大降低。如果研制成功并投入运行，必将得到广泛的应用，在未来电网中发挥巨大的作用，成为智能电网的重要组成部分。

[0003] 目前，大部分风力发电都采用交流电网的连接方式。但对于海上风力发电的并网来说，高压直流输电则是一个实现电缆传输、降低损耗的更好选择。尽管LCC-HVDC已经有很多工程实际应用经验，但在海上风力发电情况下应用还是存在很多问题。为了满足双馈电机的启动和并网，必要采用专门的设备来提供电压支撑及换相电流。海上风电输送到岸上后，并网点的交流系统强度通常较小，采用LCC存在电压波动大，易于出现换相失败等问题。基于电压源换流器的高压直流输电具备有功、无功解耦控制，便于扩展，且能独立提供风力发电机并网需要的电压支撑。但如果系统中送、受端均采用VSC型换流器就存在造价高、损耗大等问题。

发明内容

[0004] 针对背景技术中提到的海上风力发电电力传输的需要，实现高性能、低造价、低损耗的电能传输方式，本发明提出了一种用于海上风力发电电能送出的拓扑电路。

[0005] 一种用于海上风力发电电能送出的拓扑电路，其特征在于，所述电路包括风力发电机组、高压直流输电送端、高压直流输电受端和直流线路；所述高压直流输电送端包括整流侧变压器和线路换相换流器LCC；所述高压直流输电受端包括电压源型换流器VSC和逆变侧变压器；所述直流线路包括电抗器、电容器和功率二极管；

[0006] 其中，所述风力发电机组、整流侧变压器和线路换相换流器LCC顺次连接；

[0007] 所述线路换相换流器LCC的正极通过电抗器与功率二极管的正极连接；所述线路换相换流器LCC的负极分别与所述电容器的负极和电压源型换流器VSC的负极连接；所述电抗器用于抑制电流波动；所述电容器用于电压抑制波动；

[0008] 所述功率二极管的负极分别与所述电容器的正极和电压源型换流器VSC的正极连接；所述功率二极管用于抑制直流短路电流；

[0009] 所述电压源型换流器VSC与所述逆变侧变压器连接。

[0010] 所述风力发电机组采用直驱风力发电方式。

[0011] 所述线路换相换流器LCC采用定功率决定的定电流控制方式。

[0012] 所述电压源型换流器VSC采用定直流电压控制方式。

[0013] 本发明的有益效果是，针对海上风力发电电力传输的需要，提出一种基于LCC＋VSC的混合直流输电的电路结构及其控制方法，实现高性能、低造价和低损耗的电能传输方式。

附图说明

[0014] 图1是本发明提供的一种用于海上风力发电电能送出的拓扑电路的接线图；

[0015] 其中，1-风力发电机组；2-高压直流输电送端；3-高压直流输电受端；4-直流线路；5-整流侧变压器；6-线路换相换流器LCC；7-电抗器；8-功率二极管；9-电容器；10-电压源型换流器VSC；11-逆变侧变压器。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

[0017] 图1是本发明提供的一种用于海上风力发电电能送出的拓扑电路的接线图。图1中，所述电路包括风力发电机组、高压直流输电送端、高压直流输电受端和直流线路；所述高压直流输电送端包括整流侧变压器和线路换相换流器LCC；所述高压直流输电受端包括电压源型换流器VSC和逆变侧变压器；所述直流线路包括电抗器、电容器和功率二极管；

[0018] 其中，所述风力发电机组、整流侧变压器和基于晶闸管的电流源型换流器LCC顺次连接；

[0019] 所述线路换相换流器LCC的正极通过电抗器与功率二极管的正极连接；所述线路换相换流器LCC的负极分别与所述电容器的负极和电压源型换流器VSC的负极连接；所述电抗器用于抑制电流波动；所述电容器用于电压抑制波动；

[0020] 所述功率二极管的负极分别与所述电容器的正极和电压源型换流器VSC的正极连接；所述功率二极管用于抑制直流短路电流；

[0021] 所述电压源型换流器VSC与所述逆变侧变压器连接。

[0022] 技术方案如下：

[0023] 1.风力发电机组采用直驱风力发电方式，该方式无需交流电网的支撑也能实现启动和并网运行；

[0024] 2.高压直流输电送端采用线路换相换流器LCC，该换流器具有造价低、过载能力强，易于抑制过电流等特点；

[0025] 3.高压直流输电受端采用电压源型换流器VSC，该换流器能够实现有功、无功解耦控制、无换相失败问题等特点；

[0026] 4.直流线路中线路换相换流器LCC侧串联一个电抗器L，实现对电流波动的抑制，VSC侧并联一个电容器C，实现对电压波动的抑制，VSC侧串联一个功率二极管，实现对直流短路电流的抑制；

[0027] 5.线路换相换流器LCC侧由定功率决定的定电流控制、电压源型换流器VSC侧采用定直流电压控制，实现系统的稳定运行和故障后的恢复，线路换相换流器LCC侧的功率值可通过风电场运行状况由最大功率追踪决定。

[0028] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。