海上风电经DR-MMC并联混合直流送出系统启动方法与流程

海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法
技术领域
1.本发明涉及风电控制技术领域，特别涉及一种海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.未来海上风电的大规模开发呈现出远距离、深海化及机组大型化趋势，直流输电送出方案更适用于海上风电的大规模远距离功率输送。
4.目前的海上风电直流送出系统大多采用模块化多电平换流器(multilevel modular converter，mmc)，早期的borwin1工程采用了两电平电压源型换流器(two level voltage source converter，2l-vsc)的柔直输电方案，均具备无源系统运行能力。siemens公司在2015年推出了基于不控二极管整流(diode rectifier，dr)的海上风电直流送出方案，具备体积小、成本低、运行控制简单的优势，成为未来极具竞争力的备选方案之一。
5.但是，发明人发现，dr方案需要海上风电场交流侧具备无源运行能力，同时其启动过程需要交流回线、储能设备或启动电源，成本较高。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法，在无需对风电机组的控制和并网策略进行修改的基础上，利用送端dr和mmc之间的配合实现大规模海上风电的功率送出。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.本发明第一方面提供了一种海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法。
9.一种海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法，包括以下过程：
10.岸上柔直换流站启动，海上柔直换流站启动；
11.启动部分直驱风电机组，定子侧开关在检测到机侧换流器空载电压与电机定子侧电压的相位和幅值均满足预设判据后合闸，实现并网发电；
12.当海上风电场侧交流电压超出阈值范围，dr开始传输部分功率，进而剩余全部风电机组并网发电。
13.进一步的，当海上风电场侧交流电压超出阈值范围时，dr送端直流电压大于或等于受端mmc直流电压，dr开始传输部分功率。
14.进一步的，预设判据为：机侧换流器空载电压与电机定子侧电压幅值差的绝对值小于第一阈值，机侧换流器空载电压与电机定子侧电压相位差的绝对值小于第二阈值。
15.进一步的，岸上柔直换流站启动，包括：结合mmc的充电电阻，利用岸上交流系统对柔直换流站进行充电，建立系统的直流侧电压。
16.进一步的，海上柔直换流站启动，包括：在直流侧电压的波动在预设范围内后，海上mmc工作在无源运行模式，建立海上交流系统的电压。
17.进一步的，对于机侧换流器和网侧换流器的外环控制目标，分别采用定有功功率和定直流电压/无功功率的方式。
18.进一步的，机侧换流器基于定子电压定向，网侧换流器利用锁相环跟踪并网点电压。
19.本发明第二方面提供了一种海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动系统。
20.一种海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动系统，包括：
21.换流站启动模块，被配置为：岸上柔直换流站启动，海上柔直换流站启动；
22.部分机组启动模块，被配置为：启动部分直驱风电机组，定子侧开关在检测到机侧换流器空载电压与电机定子侧电压的相位和幅值均满足预设判据后合闸，实现并网发电；
23.全部机组启动模块，被配置为：当海上风电场侧交流电压超出阈值范围，dr开始传输部分功率，进而剩余全部风电机组并网发电。
24.本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法中的步骤。
25.本发明第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法中的步骤。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.1、本发明所述的启动方法、系统、介质或电子设备，针对海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统，采用海上mmc的黑启动能力，实现送端交流电压的建立，在无需对风电机组的控制和并网策略进行修改的基础上，利用送端dr和mmc之间的配合实现大规模海上风电的功率送出。
28.2、本发明所述的启动方法、系统、介质或电子设备，dr-mmc并联送出系统启动策略首先通过岸上柔直换流站建立直流电压，结合海上柔直站的无源启动能力实现了部分机组并网，从而带动dr启动并实现了剩余机组并网。
附图说明
29.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
30.图1为本发明实施例1提供的dr-mmc海上风电送出系统启动策略示意图。
31.图2为本发明实施例1提供的海上风电dr-mmc并联直流送出拓扑示意图。
32.图3为本发明实施例1提供的直驱风电机组及网侧变流器控制策略示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
34.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
36.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.实施例1：
38.本发明实施例1提供了一种海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法，dr-mmc并联送出系统启动策略首先通过岸上柔直换流站建立直流电压，结合海上柔直站的无源启动能力实现部分机组并网，从而带动dr启动并实现剩余机组并网，如图1所示，包括以下过程：
39.1)岸上柔直换流站启动：结合mmc的充电电阻，利用岸上交流系统对柔直换流站进行充电，建立系统的直流侧电压。
40.2)海上柔直换流站启动：在直流侧电压维持稳定后，海上mmc工作在无源运行模式，建立海上交流系统的电压。
41.3)部分直驱风电机组并网运行与dr启动：考虑到mmc容量有限，首先启动部分直驱风电机组，启动逻辑为gsc，建立风电机组直流侧电压，定子侧开关在检测到机侧换流器空载电压与电机定子侧电压相位幅值满足判据(a)后合闸，实现并网发电；当海上风电场侧交流电压超出阈值范围，导致海上风电场侧直流电压大于受端直流电压时，dr开始传输部分功率。
42.4)全部风电机组并网：少部分风电机组并网发电且dr开始传输功率后，剩余全部风电机组并网，实现整个海上风电场的电能输送。
43.具体的，包括以下内容：
44.远海风电场的离岸距离一般在100km以上，采用dr-mmc并联送出方式，能够减少平台投资和体积。风电机组考虑66kv汇集方式，从而近一步减小海上平台的空间需求，送出拓扑如图2所示。
45.为了进一步减少海上平台的滤波器和无功补偿需求，dr采用基于移相变压器的24脉动方案；mmc采用常规的基于半桥子模块(half bridge submodule，hbsm)的方案。由于dr运行给交直流侧带来特征次谐波，采用双调谐滤波器方案实现特征频次分量的滤除，并配备一定的无功补偿设备。
46.考虑到dr的功率因数取决于阀侧电流基波和电压基波之间的夹角，可由下述近似公式表示：
[0047][0048]
式中：α表示功率因数角；μ为换相重叠角。考虑平波电抗器的作用，假设直流电流恒定，则功率因数角约为换相重叠角的二分之一。μ的表达式为：
[0049][0050]
式中：x
t
为换流变压器等值电抗；u1为阀侧开路的基波线电压有效值；i
dc
为直流电流。
[0051]
换相过程中的交流电流变化过程近似线性，多单元组成的dr直流侧电压u
dc_dr
满足
如下关系：
[0052][0053]
忽略第二项的换相过程影响，有：
[0054][0055]
式中：n为dr单元数。如n＝1的情况对应6脉动dr换流器，其直流电压近似等于阀侧交流电压的1.35倍。故对于完全不可控的dr换流器，需要采用改变交流侧电压的方式实现dr直流侧电压的改变，从而改变传输的直流功率。
[0056]
对于dr送出方案，目前存在的主要难点包括无源系统交流电压难以建立、系统启动需要依赖启动电源。为有效解决上述问题并充分利用mmc和dr各自的优点，送端结合mmc和dr，构成混合直流并联送出系统，成为未来远海风电送出系统的可行方案之一。
[0057]
直驱型海上风电机组采用常规的基于电流内环矢量控制方式。对于机侧换流器(machine side converter，msc)和网侧换流器(grid side converter，gsc)的外环控制目标，分别采用定有功功率和定直流电压/无功功率的方式；msc基于定子电压定向，gsc利用锁相环(phase locked loop，pll)跟踪并网点电压。由于直驱风机并网特性主要由gsc决定，故此处只给出gsc控制策略，具体结构如图3所示。
[0058]
图中gsc控制策略采用直流电压和无功功率外环的矢量控制方案；定子侧开关brk用于连接发电机定子侧和msc，当满足同期并网判据(a)时合闸，具体如下：
[0059][0060]
式(5)两式分别表示机侧变流器msc电压u
msc
和发电机定子侧电压u
stator
的幅值差小于启动阈值u
on
，相角差小于启动阈值δ
on
。满足上述软并网条件时，定子侧开关brk合闸，风电机组输出功率。
[0061]
启动策略可以充分利用海上mmc的黑启动能力，实现送端交流电压的建立。相比较于纯dr送端，dr并联mmc系统的启动方式无需配置黑启动储能装置或备用交流回线。同时风电机组的控制和并网策略无需进行修改，利用送端dr和mmc之间的配合实现大规模海上风电的功率送出。
[0062]
图1中，判据(a)为发电机同期并网判据；判据(b)为dr启动判据，表示当交流侧电压大于阈值时，送端直流电压高于受端，二极管正向导通，开始传输功率，具体有：
[0063]udc_dr
≥u
dc_mmconshore
ꢀꢀꢀ
(6)
[0064]
式中：u
dc_mmconshore
为受端mmc直流电压。
[0065]
实施例2：
[0066]
本发明实施例2提供了一种海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动系统，包括：
[0067]
换流站启动模块，被配置为：岸上柔直换流站启动，海上柔直换流站启动；
[0068]
部分机组启动模块，被配置为：启动部分直驱风电机组，定子侧开关在检测到机侧换流器空载电压与电机定子侧电压的相位和幅值均满足预设判据后合闸，实现并网发电；
[0069]
全部机组启动模块，被配置为：当海上风电场侧交流电压超出阈值范围，dr开始传输部分功率，进而剩余全部风电机组并网发电。
[0070]
所述系统的工作方法与实施例1提供的海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法相同，这里不再赘述。
[0071]
实施例3：
[0072]
本发明实施例3提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例1所述的海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法中的步骤。
[0073]
实施例4：
[0074]
本发明实施例4提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例1所述的海上风电经dr-mmc并联混合直流送出系统启动方法中的步骤。
[0075]
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，本发明可采用硬件实施例、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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0076]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
[0077]
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。
[0078]
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。
[0079]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
[0080]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。