基于串联型混合换流站的海上风电系统及其启动控制方法与流程

1.本发明涉及海上风电领域，更具体涉及一种基于串联型混合换流站的海上风电系统及其启动控制方法。


背景技术：

2.随着全球气候变暖，二氧化碳排放量持续增加以及传统化石能源的逐渐枯竭，人们对可再生能源的关注越来越多，而陆上的太阳能与风能的开发技术已经相对成熟，并已经大规模开发，而海上风电场由于离岸较远，其建设与维护就非常困难，对于离岸较远的海上风力发电场，直流传输成为唯一可供选择的电能传输方案。
3.目前，已经有多篇文献针对直流侧串联的海上风电场进行了研究，直流侧串联的海上风电场汇集与传输系统采用变流器的直流侧串联，得到一个高电压，用于海上风电场的汇集和传输。现有的基于直流输电的海上风电系统，采用高压大容量的mmc将交流变成直流，由于mmc的体积，重量很大，造成海上换流站的成本很高，重量很大，不利于海上换流站的运输和安装。远海风电场的建设由近海向远海的发展已成为未来趋势，而目前国内外对于在远海开发海上风电的研究尚还处于起步阶段。
4.新能源的研究发现，全球海上风能资源远大于陆地风能资源，以中国为例，中国海上可开采的风能资源为7.5亿千瓦，大约是陆地风电的三倍；而且海上风电离沿海负荷中心很近，没有远距离传输的问题，更容易消纳。因此，随着能源枯竭的危机，开发丰富的海上风能资源将成为下一个迅速发展的能源市场，而海上风电设备也将会迎来爆发式的增长。目前，高昂的建造成本，高故障率以及高昂的维护成本是海上风电发展的重要制约因素，但是，随着技术的发展，以及示范工程的稳步推进，海上风电的成本在逐年降低。
5.因此，如何降低海上换流站的体积，重量和成本变成了目前急需解决的问题。本发明大幅降低了高电位处的设备数量和体积，从而使海上换流站的体积，重量和成本大幅降低；通过设置按序启动，而在系统中的多个设备在相对稳定的状况下在做系统电缆的逐步接通，使得子风电场能够在处于常开状态的同时，避免电流对系统中昂贵部件的逐日损耗或者可能发生的瞬间损耗，从而提高了设备的使用寿命。从而进一步降低了安装与运行维护难度，使得海上风电场的大规模开发与建设成为可能。通过设置按序启动，而在系统中的多个设备在相对稳定的状况下在做系统电缆的逐步接通，使得子风电场能够在处于常开状态的同时，避免电流对系统中昂贵部件的逐日损耗或者可能发生的瞬间损耗，从而提高了设备的使用寿命。


技术实现要素：

6.为了克服上述缺陷，本发明提出了一种基于串联型混合换流站的海上风电系统及其启动控制方法。
7.第一方面，提供一种基于串联型混合换流站的海上风电系统，所述一种基于串联型混合换流站的海上风电系统包括：岸上换流站，一个或多个海上换流站和一个或多个子
风电场；
8.所述的岸上换流站的直流侧、一个或多个海上换流站的直流侧用直流电缆串联连接，子风电场与海上换流站的交流侧用交流电缆连接。
9.进一步的，所述的海上换流站包含二极管整流器、高电位变流器，高通滤波器(hpf)，无功补偿设备(svg)；
10.所述的二极管整流器的交流侧和所述的高电位变流器的交流侧相连，作为海上换流站的交流侧，所述的无功补偿设备和所述的高通滤波器接入所述的二极管整流器的交流侧；
11.所述的二极管整流器的正极作为海上换流站的正极，所述的高电位变流器的直流侧正极作为海上换流站的负极，所述的二极管整流器的直流侧负极与所述的高电位变流器的直流侧负极相连；
12.所述的二极管整流器用于将交流逆变成直流，将功率从交流侧传递到直流侧；所述的高电位变流器用于为子风电场提供启动功率，并补偿部分无功功率；所述的无功补偿设备用于补偿二极管整流器和交流电缆产生的无功功率，并滤除二极管整流器产生的谐波电流；所述的高通滤波器用于补偿无功功率，并滤除谐波电流。
13.进一步的，所述电缆为高压海缆连接。
14.进一步的，所述的二极管整流器为12脉动二极管整流器。
15.进一步的，所述的高电位变流器包括变压器，变流器，隔离开关(si1、si2)和旁路开关(sb)。
16.第二方面，提供一种基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制方法，所述一种基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制方法包括如下步骤：
17.步骤s1：系统中的岸上换流站，一个或多个海上换流站均处于关闭状态；
18.步骤s2：根据启动控制指令开启岸上换流站，在岸上交流站启动完毕后，进入步骤s3；否则，持续在步骤s2检测是否有启动控制指令；
19.步骤s3：在岸上交流站启动完毕后，启动岸上换流站；
20.步骤s4：在岸上交流站启动完毕后，接通直流电缆开关和交流电缆开关，从而使得子风电场接入完毕。
21.进一步的，在所述步骤s1中，子风电场处于常开状态。
22.进一步的，当海上换流站处于关闭状态时，其内部包含的二极管整流器和高电位变流器处于闭锁状态。
23.进一步的，所述启动控制指令为人为发出。
24.进一步的，当岸上换流站为多个时，同步启动控制所述多个岸上交流站。
25.第三方面，提供一种基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制系统，所述一种基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制系统包括：
26.初始保持模块：系统中的岸上换流站，一个或多个海上换流站均处于关闭状态；
27.检测模块：根据启动控制指令开启岸上换流站，在岸上交流站启动完毕后，发送信号给岸上交流站启动模块；否则，持续检测是否有启动控制指令；
28.岸上交流站启动模块：在岸上交流站启动完毕后，启动岸上换流站；
29.开关控制模块：在岸上交流站启动完毕后，接通直流电缆开关和交流电缆开关，从
而使得子风电场接入完毕。
30.进一步的，初始保持模块，用于使得子风电场处于常开状态。
31.进一步的，当海上换流站处于关闭状态时，其内部包含的二极管整流器和高电位变流器处于闭锁状态。
32.进一步的，所述启动控制指令为人为发出。
33.进一步的，当岸上换流站为多个时，同步启动控制所述多个岸上交流站。
34.第四方面，提供一种执行设备，所述执行设备包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现所述的基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制方法。
35.第五方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制方法。
36.第六方面，提供一种电路系统，所述电路系统包括处理电路，所述处理电路配置为执行时实现所述的基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制方法。
37.本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：(1)大幅降低了高电位处的设备数量和体积，从而使海上换流站的体积，重量和成本大幅降低。(2)通过设置按序启动，而在系统中的多个设备在相对稳定的状况下在做系统电缆的逐步接通，使得子风电场能够在处于常开状态的同时，避免电流对系统中昂贵部件的逐日损耗或者可能发生的瞬间损耗，从而提高了设备的使用寿命。
附图说明
38.图1是本发明提供的基于串联型混合换流站的海上风电系统的结构示意图；
39.图2是本发明提供的二极管整流器的结构示意图；
40.图3是本发明提供的高电位变流器的结构示意图；
41.图4是本发明提供的基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制方法示意图；
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
43.现有的基于直流输电的海上风电系统，采用高压大容量的mmc将交流变成直流，由于mmc的体积，重量很大，造成海上换流站的成本很高，重量很大，不利于海上换流站的运输和安装。本发明大幅降低了高电位处的设备数量和体积，从而使海上换流站的体积，重量和成本大幅降低。
44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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它实施例，都属于本发明保护的范围。
45.第一方面，本发明提供了一种基于串联型混合换流站的海上风电系统，如附图1所示，包括：岸上换流站，一个或多个海上换流站和一个或多个子风电场；
46.所述的岸上换流站的直流侧、一个或多个海上换流站的直流侧用直流电缆串联连接，子风电场与海上换流站的交流侧用交流电缆连接。
47.优选的；所述电缆为高压海缆连接，可以具备更好的稳定性和安全性。
48.所述的海上换流站包含二极管整流器、高电位变流器，高通滤波器(hpf)，无功补偿设备(svg)；
49.所述的二极管整流器的交流侧和所述的高电位变流器的交流侧相连，作为海上换流站的交流侧，所述的无功补偿设备和所述的高通滤波器接入所述的二极管整流器的交流侧；
50.所述的二极管整流器的正极作为海上换流站的正极，所述的高电位变流器的直流侧正极作为海上换流站的负极，所述的二极管整流器的直流侧负极与所述的高电位变流器的直流侧负极相连；
51.所述的二极管整流器用于将交流逆变成直流，将功率从交流侧传递到直流侧；所述的高电位变流器用于为子风电场提供启动功率，并补偿部分无功功率；所述的无功补偿设备用于补偿二极管整流器和交流电缆产生的无功功率，并滤除二极管整流器产生的谐波电流；所述的高通滤波器用于补偿无功功率，并滤除谐波电流。
52.如附图2所示，所述的二极管整流器包含变压器，有载调压开关和二极管整流桥，所述的变压器的原边作为二极管整流器的交流侧，所述的变压器的副边接有载调压开关，所述的有载调压开关的另一端接二极管整流桥的交流侧，所述的二极管整流桥的直流侧正极作为所述的二极管整流器的直流侧正极，所述的二极管整流桥的直流侧负极作为所述的二极管整流器的直流侧负极。
53.优选的：所述的二极管整流器为12脉动二极管整流器。
54.如附图3所示，所述的高电位变流器包括变压器，变流器，隔离开关(si1、si2)和旁路开关(sb)；所述的变压器的原边作为高电位变流器的交流侧，所述的变压器的副边接变流器的交流侧，所述的变流器的直流侧正极接隔离开关(si1)的一端，所述的隔离开关(si1)的另一端作为高电位变流器的正极；所述的变流器的直流侧负极接隔离开关(si2)的一端，所述的隔离开关(si2)的另一端作为高电位变流器的负极；所述的旁路开关(sb)的一端接入所述的高电位变流器的正极，另一端接入所述的高电位变流器的负极。
55.基于同一发明构思，作为一种方式，如图4所示，本发明实施例中的一种基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制方法，主要包括以下步骤：
56.步骤s1：系统中的岸上换流站，一个或多个海上换流站均处于关闭状态；而子风电场处于常开状态；
57.优选的：当海上换流站处于关闭状态时，其内部包含的二极管整流器和高电位变流器处于闭锁状态，
58.步骤s2：根据启动控制指令开启岸上换流站，在岸上交流站启动完毕后，进入步骤s3：
59.优选的；所述启动控制指令为人为发出；
60.优选的：通过对岸上交流站和直流电缆开关的端口微电流检测来确定岸上交流的启动是否完成；
61.步骤s3：在岸上交流站启动完毕后，启动岸上换流站；
62.优选的：岸上交流站同步的接收到启动指令，并在启动指令的发出时间的基础上做时间的推算，从而估算得出岸上交流站启动完毕的时间，并在估算时间达到后，启动岸上换流站；通过估算控制方式，降低了海上设备的控制难度，在不降低控制精度的同时，实现海上设备控制的精准性。
63.优选的：当岸上换流站为多个时，同步启动控制所述多个岸上交流站；
64.步骤s4：在岸上交流站启动完毕后，接通直流电缆开关和交流电缆开关，从而使得子风电场接入完毕；
65.优选的：在子风电场接入完毕后，所述的二极管整流器用于将交流逆变成直流，将功率从交流侧传递到直流侧；所述的高电位变流器用于为子风电场提供启动功率，并补偿部分无功功率；所述的无功补偿设备用于补偿二极管整流器和交流电缆产生的无功功率，并滤除二极管整流器产生的谐波电流；所述的高通滤波器用于补偿无功功率，并滤除谐波电流。
66.所述的二极管整流器的直流侧负极与所述的高电位变流器的直流侧负极相连；
67.启动完成后能使系统准确跟踪目标参考值稳定运行。系统的海上设备铺设造价非常昂贵，而二极管整流器本身不具备逆变功能，会产生较大的电流谐波，并且无法为风场提供无功支撑。对于电压等级为几百千伏的直流输电系统，mmc换流器需要由上千个子模块组建，控制系统非常复杂，并且换流器的体积与重量比较庞大，换流器制造成本较高。而且有时候并非设备本身的价格问题，而是整个维修的成本，障碍定位都非常复杂，本发明通过设置按序启动，而在系统中的多个设备在相对稳定的状况下在做系统电缆的逐步接通，使得子风电场能够在处于常开状态的同时，避免电流对系统中昂贵部件的逐日损耗或者可能发生的瞬间损耗，从而提高了设备的使用寿命。
68.优选的：所述基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制方法由计算机执行；
69.基于同一发明构思，作为一种方式，本发明实施例中的一种基于串联型混合换流站的海上风电系统的启动控制系统，所述控制系统包括：
70.初始保持模块：系统中的岸上换流站，一个或多个海上换流站均处于关闭状态；
71.检测模块：根据启动控制指令开启岸上换流站，在岸上交流站启动完毕后，发送信号给岸上交流站启动模块；否则，持续检测是否有启动控制指令；
72.岸上交流站启动模块：在岸上交流站启动完毕后，启动岸上换流站；
73.开关控制模块：在岸上交流站启动完毕后，接通直流电缆开关和交流电缆开关，从而使得子风电场接入完毕。
74.计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)能够以编程语言的任何形式来撰写，包括汇编或解释语言、说明或过程性语言，且其可以以任何形式部署，包括作为单机程序或者作为模块、组件、子例程、对象或适于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不必与文件系统中的文件相对应。程序能够存储在保持其他程序或数据(例如存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中，在专用于所述程序的单个文件中，或者在多个协同文件中(例如，存储一个或多个模块、子例程或代码部分的文件)。计算机程序可以部署为在一个计算机上或位于一个站点或跨多个站点分布且由通信网络互连的多个计算机上执行。
75.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
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rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
76.本发明是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
77.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
78.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
79.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。