基于IGCT和IGBT器件的海上风电并网系统及控制方法与流程

基于igct和igbt器件的海上风电并网系统及控制方法
技术领域
1.本公开涉及海上风力发电技术领域，尤其涉及一种基于igct和igbt器件的海上风电并网系统及控制方法。


背景技术：

2.海上风电的并网送出通常采用高压交流输电(hvac)或高压直流输电(hvdc)。hvac技术成熟、结构简单，但受海缆电容效应限制，一般只适用于近海风电场接入。随着海上风电场的规模化开发和布局逐步从近海走向远海，传统hvac技术应用逐渐遇到瓶颈，一般采用高压直流输电hvdc技术。
3.但是，相关技术中的海上风电并网系统存在整体造价偏高、海上平台体积重量偏大、施工安装困难等技术问题。


技术实现要素：

4.本技术提出了一种基于igct和igbt器件的海上风电并网系统及控制方法，旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.本技术第一方面实施例提出了一种基于igct和igbt器件的海上风电并网系统，包括：海上送端换流站，和与海上送端换流站连接的陆上受端换流站，海上送端换流站采用基于igct的电流源型换流器，用于将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送；陆上受端换流站采用基于igbt的电压源型换流器，用于将海上送端换流站输送的直流电转换为交流电并输送至陆上交流电网。
6.一些实施例中，海上送端换流站采用定交流母线电压控制策略和定频率控制策略；陆上受端换流站采用定直流电压控制策略和定交流电压控制策略，或者采用定直流电压控制策略和定无功功率控制策略。
7.一些实施例中，陆上受端换流站还配置有耗能电阻装置，和/或储能装置。
8.一些实施例中，还包括：升压变压器，设置于海上送端换流站和海上风电场之间，配置用于将海上风电场产生的交流电进行升压处理。
9.一些实施例中，基于igct的电流源型换流器为igct串联的拓扑结构。
10.一些实施例中，基于igct的电流源型换流器包括三个阀臂，阀臂均采用若干个igct串联二极管结构串联构成，每个阀臂igct数目一致。
11.一些实施例中，基于igbt的电压源型换流器的拓扑结构为以下任一项：
12.半桥型子模块串联结构、全桥子模块拓扑结构、半桥与全桥子模块混合拓扑结构。
13.本技术第二方面实施例提出了一种海上风电并网控制方法，应用于海上风电并网系统，海上风电并网系统包括基于igct的电流源型换流器的海上送端换流站，和基于igbt的电压源型换流器的陆上受端换流站，方法包括：确定海上风电并网系统的运行状态；以及根据运行状态，控制海上送端换流站采用第一控制策略将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送，控制陆上受端换流站采用第二控制策略将直流电转换为
交流电并向陆上交流电网输送。
14.一些实施例中，在运行状态为稳态运行状态的情况下，控制海上送端换流站采用第一控制策略将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送，控制陆上受端换流站采用第二控制策略将直流电转换为交流电并向陆上交流电网输送，包括：控制海上送端换流站采用定交流母线电压控制策略和定频率控制策略将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送，控制陆上受端换流站采用定直流电压控制策略和定交流电压控制策略将直流电转换为交流电并向陆上交流电网输送。
15.本技术第三方面实施例提出了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行本技术实施例公开的海上风电并网控制方法。
16.本实施例中，海上送端换流站采用基于igct的电流源型换流器，可以将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送，并且陆上受端换流站采用基于igbt的电压源型换流器，可以将海上送端换流站输送的直流电转换为交流电并输送至陆上交流电网。由于海上送端换流站采用igct电流源型的换流器，因此海上侧能够实现轻型化、黑启动、有功无功控制灵活，无换相失败问题，有利于海上风电功率传输，并且轻型化换流站方便运输安装，而陆上采用igbt电压源型换流器，技术成熟，易于实现。解决了相关技术中存在的海上风电并网系统整体造价偏高、海上平台体积重量偏大、施工安装困难等技术问题。
17.本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
18.本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是根据本公开一实施例提供的基于igct和igbt器件的海上风电并网系统的拓扑结构示意图；
20.图2是根据本公开实施例提供的海上送端换流站的控制策略电路示意图；
21.图3是根据本公开实施例提供的陆上受端换流站的控制策略电路示意图；
22.图4是根据本公开实施例提供的陆上受端换流站的低压限流控制示意图；
23.图5是根据本公开另一实施例提供的海上风电并网控制方法的流程示意图。
具体实施方式
24.下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
25.针对背景技术中提到的相关技术中的海上风电并网系统整体造价偏高、海上平台体积重量偏大、施工安装困难等技术问题，本实施例技术方案提供了一种海上风电并网系
统，下面结合具体的实施例对该方法进行说明。
26.图1是根据本公开一实施例提供的基于igct和igbt器件的海上风电并网系统的拓扑结构示意图，如图1所示，该海上风电并网系统一般性地包括海上送端换流站(整流侧)和陆上受端换流站(逆变侧)，海上送端换流站与海上风电场连接，陆上受端换流站与陆上交流电网连接，而海上送端换流站和陆上受端换流站之间可以通过直流电缆进行输电。
27.一些实施例中，海上送端换流站和海上风电场之间还可以设置有升压变压器，海上风电场连接升压变压器的低压侧，海上送端换流站的交流侧连接升压变压器的高压侧，通过升压变压器可以将海上风电场产生的交流电进行升压处理，从而有利于提高输电效率。
28.其中，海上送端换流站例如可以采用基于集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor，igct)的电流源型换流器，并且海上送端换流站的交流侧配置lc滤波装置lr、cr，直流侧连接平波电抗器l
dc
，通过该基于igct的电流源型换流器可以将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送，直流电压为u
dc
。
29.一些实施例中，基于igct的电流源型换流器中igct器件例如可以是串联方式排列的，也即是说，igct的电流源型换流器采用串联的拓扑结构。
30.举例而言，基于igct的电流源型换流器例如可以包括三个阀臂，每个阀臂均采用若干个igct串联二极管结构串联构成，每个阀臂igct数目一致。并且，升压变压器的高压侧可以分别连接海上送端换流站内三个阀臂的中间位置，将海上送端换流站的三个阀臂均分别分为上阀臂和下阀臂，三个阀臂内的上阀臂和下阀臂均分别并联输出，从而可以提高输电效率。
31.可以理解的是，上述实例只是igct的电流源型换流器示例性的拓扑结构，在实际应用中，还可以采用其它拓扑结构，对此不作限制。
32.而陆上受端换流站，例如可以采用基于绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)的电压源型换流器，通过该基于igbt的电压源型换流器将海上送端换流站输送的直流电转换为交流电，并输送至陆上交流电网。
33.一些实施例中，该基于igbt的电压源型换流器例如可以采用半桥型子模块串联结构，或者全桥子模块拓扑结构，或者半桥与全桥子模块混合结构的拓扑结构，对此不作限制。
34.本实施例中，海上送端换流站采用基于igct的电流源型换流器，可以将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送，并且陆上受端换流站采用基于igbt的电压源型换流器，可以将海上送端换流站输送的直流电转换为交流电并输送至陆上交流电网。由于海上送端换流站采用igct电流源型的换流器，陆上采用igbt电压源型换流器，因此海上侧能够实现轻型化、黑启动、有功无功控制灵活，无换相失败问题，有利于海上风电功率传输，并且轻型化换流站方便运输安装，而陆上技术成熟，易于实现。解决了相关技术中存在的海上风电并网系统整体造价偏高、海上平台体积重量偏大、施工安装困难等技术问题。
35.一些实施例中，海上送端换流站可以采用定交流母线电压控制策略和定频率控制策略，陆上受端换流站采用定直流电压控制策略和定交流电压控制策略，或者采用定直流电压控制策略和定无功功率控制策略。
36.具体地，图2是根据本公开实施例提供的海上送端换流站的控制策略电路示意图，图3是根据本公开实施例提供的陆上受端换流站的控制策略电路示意图，如图2～3所示，在系统稳态运行时，海上送端换流站采用定交流母线电压控制策略和定频率控制策略，为风电场建立幅值和频率恒定的交流电压，其中，f
acref_r
、u
acref_r
分别为海上送端换流站定频率控制策略和定交流母线电压的整定值，f
ac_r
、u
ac_r
为海上送端换流站频率和交流电压实际测量值，i
dref_r
、i
qref_r
为海上送端换流站交流电流d、q轴分量，i
aref_r
、i
bref_r
、i
cref_r
为海上送端换流站交流电流调制波参考值。稳态时，风场侧mmc相对风电场交流系统相当于一个v0节点，海上送端换流站将无条件吸收风电场输出的全部有功功率。而陆上受端换流站(逆变侧)可以采用采用定直流电压控制策略和定交流电压控制策略，定直流电压控制能够维持直流系统的输送共率，使风场功率能够稳定传输给陆上系统，定交流电压控制策略控制系统无功分量，维持陆上换流站交流电压稳定。如图3所示，其中，u
dref_i
、u
acref_i
为陆上受端换流站定直流电压控制策略和定交流电压控制策略的电压整定值，i
dref_i
、i
qref_i
为陆上受端换流站交流电流d、q轴分量整定值，i
d_i
、i
q_i
为陆上受端换流站交流电流d、q轴分量测量值，l为桥臂电抗，u
sd
、u
sq
为陆上受端换流站交流电压d、q轴分量测量值，u
cd
、u
cq
为陆上受端换流站交流电压d、q轴分量整定值，u
aref_i
、u
bref_i
、u
cref_i
为陆上受端换流站交流电压调制波参考值，k、p、s为多种控制策略的pi控制器。
37.在交流系统故障运行情况下，例如：陆上受端换流站交流母线电压降低，陆上定交流电压控制策略在一定程度上起到控制电压的作用，但是当故障严重到一定程度，交流母线电压不能维持，故障电流增大，直流电流增大，对陆上换流站子模块电容充电可能会引起电容过电压，危害器件安全。在这种情况下，陆上受端换流站还可以配置耗能电阻装置，和/或储能装置，增加耗能电阻的响应速度和耗能电阻的触发机制。
38.此外，如图4所示，陆上受端换流站还配置有低压限压控制(vdvol)，针对陆上受端换流站交流系统故障下直流电压飙升问题，可以采用低交流电压限制陆上受端换流站的直流电压整定值。
39.图5是根据本公开另一实施例提供的海上风电并网控制方法的流程示意图，该控制方法例如可以由海上风电并网控制系统执行，海上风电并网系统包括基于igct的电流源型换流器的海上送端换流站，和基于igbt的电压源型换流器的陆上受端换流站，如图4所示，海上风电并网控制方法包括：
40.s501：确定海上风电并网系统的运行状态。
41.s502：根据运行状态，控制海上送端换流站采用第一控制策略将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送，控制陆上受端换流站采用第二控制策略将直流电转换为交流电并向陆上交流电网输送。
42.具体地，本公开实施例中，海上送端换流站与海上风电场连接，陆上受端换流站与陆上交流电网连接，而海上送端换流站和陆上受端换流站之间可以通过直流电缆进行输电。其中，该海上送端换流站例如可以采用基于igct的电流源型换流器，而陆上受端换流站例如可以采用基于igbt的电压源型换流器。
43.在进行海上风电并网的过程中，海上风电并网控制系统首先确定海上风电并网系统的运行状态，运行状态例如稳态运行状态、非稳态运行状态以及其它运行状态，对此不作限制。
44.进一步地，海上风电并网控制系统根据运行状态，控制海上送端换流站采用第一控制策略将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送，控制陆上受端换流站采用第二控制策略将直流电转换为交流电并向陆上交流电网输送。
45.一些实施例，在运行状态为稳态运行状态的情况下，控制海上送端换流站采用定交流母线电压控制策略和定频率控制策略将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送，也即是说，第一控制策略为定交流母线电压控制策略和定频率控制策略。并且，还控制陆上受端换流站采用定直流电压控制策略和定交流电压控制策略将直流电转换为交流电并向陆上交流电网输送，其中，定直流电压控制策略和定交流电压控制策略对应于第二控制策略。
46.本实施例中，海上送端换流站采用基于igct的电流源型换流器，可以将海上风电场产生的交流电转换为直流电并向陆上受端换流站输送，并且陆上受端换流站采用基于igbt的电压源型换流器，可以将海上送端换流站输送的直流电转换为交流电并输送至陆上交流电网。由于海上送端换流站采用igct电流源型的换流器，陆上采用igbt电压源型换流器，因此海上侧能够实现轻型化、黑启动、有功无功控制灵活，无换相失败问题，有利于海上风电功率传输，并且轻型化换流站方便运输安装，而陆上技术成熟，易于实现。解决了相关技术中存在的海上风电并网系统整体造价偏高、海上平台体积重量偏大、施工安装困难等技术问题。
47.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。
48.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
49.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求来限制。
50.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
51.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
52.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场
可编程门阵列(fpga)等。
53.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
54.此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
55.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
57.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。