基于有功功率动态平衡协同的海上风电柔直系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于有功功率动态平衡协同的海上风电柔直系统，其特征在于，包括海上风电场、海上换流站、陆上换流站和陆上交流电网；所述海上风电场馈入所述海上换流站；所述海上换流站的直流侧经正负极直流海底海缆与所述陆上换流站的直流侧相连；所述陆上换流站的交流侧通过联接或换流变压器和进线交流断路器与所述陆上交流电网相连；其中，所述陆上换流站采用集成能量耗散功能的改进型模块化多电平换流器，至少一组交流侧有功功率动态平衡装置配置在所述陆上换流站的进线交流断路器与联接或换流变压器之间，并通过降压变压器连接于联接或换流变压器的网侧公共连接点，通过所述集成能量耗散功能的改进型模块化多电平换流器和交流侧有功功率动态平衡装置协调配合完成有功功率动态平衡协同。2.根据权利要求1所述的基于有功功率动态平衡协同的海上风电柔直系统，其特征在于，所述集成能量耗散功能的改进型模块化多电平换流器采用三相六桥臂结构，每相包括一上桥臂和一下桥臂，每个桥臂包括n个级联串接新型改进子模块即耗能子模块，每个桥臂上还设置桥臂电抗器，以限制桥臂内换流和故障时电流上升率；每个所述耗能子模块包括第一～第三绝缘栅双极型晶体管、旁路开关、旁路晶闸管、模块电容和第一耗能电阻，其中，所述旁路开关和旁路晶闸管并联连接所述第二绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管与所述模块电容构成半桥结构实现，所述第三绝缘栅双极型晶体管串接所述第一耗能电阻后与所述模块电容并联。3.根据权利要求2所述的基于有功功率动态平衡协同的海上风电柔直系统，其特征在于，通过所述集成能量耗散功能的改进型模块化多电平换流器和交流侧有功功率动态平衡装置协调配合完成有功功率动态平衡协同，包括：故障发生后陆上换流站的改进型模块化多电平换流器进入耗能模式，吸收盈余功率，根据设定穿越时间依靠换流器子模块耗能控制策略实现故障穿越，如果在设定穿越时间内仅依靠换流器子模块耗能控制策略无法实现故障穿越，退出换流器耗能模式，根据盈余功率投入交流侧有功功率动态平衡装置完成故障穿越，完成有功功率动态平衡协同。4.根据权利要求2或3所述的基于有功功率动态平衡协同的海上风电柔直系统，其特征在于，所述第一耗能电阻采用金属型压装结构功率电阻器或陶瓷型水冷电阻，其中，所述第一耗能电阻阻值r1确定方法：式中，n为每个桥臂子模块数量，u
c
为额定子模块电压，η1为效率系数，p
dcmax
为直流侧最大功率。5.根据权利要求1所述的基于有功功率动态平衡协同的海上风电柔直系统，其特征在于，所述改进型模块化多电平换流器和交流侧有功功率动态平衡装置的耗能容量分配关系由下式确定：式中，p
dcmax
为直流侧最大功率；e1和e2分别为改进型模块化多电平换流器和交流侧有功
功率动态平衡装置的耗能容量，δt
1max
、δt
2max
均为设定的故障穿越时间。6.根据权利要求1所述的基于有功功率动态平衡协同的海上风电柔直系统，其特征在于，所述交流侧有功功率动态平衡装置为单组或多组，每组所述交流侧有功功率动态平衡装置采用三相电路结构，每相主要由三个单相晶闸管阀和第二耗能电阻串接而成，三相之间采用角接方式，其中，所述第二耗能电阻r2阻值确定方法：式中，m为交流侧有功功率动态平衡装置组数，u
l
为交流侧有功功率动态平衡装置所连交流系统线电压，η2为效率系数，p
dcmax
为直流侧最大功率。7.一种基于权利要求3～6任一项所述的基于有功功率动态平衡协同的海上风电柔直系统的功率盈余协同控制方法，其特征在于包括：s1、对海上风电柔直系统直流电压和输送功率进行实时监测；s2、故障发生后，陆上换流站的改进型模块化多电平换流器根据换流器子模块耗能策略进入耗能模式，吸收盈余功率；s3、若满足盈余功率判据，进入步骤s4，否则进入步骤s5；s4、如果在设定穿越时间内仅依靠换流器子模块耗能控制策略实现故障穿越时，进入步骤s6；s5、如果在设定穿越时间内仅依靠换流器子模块耗能控制策略无法实现故障穿越，跳开进线断路器，待进线断路器完全跳开后延时设定时间退出换流器耗能模式，根据盈余功率计算交流侧有功功率动态平衡装置初始投入数量；s6、柔直系统完成故障穿越。8.根据权利要求7所述的功率盈余协同控制方法，其特征在于，陆上换流站的改进型模块化多电平换流器运行模式有两种：正常模式和耗能模式；正常模式即所有子模块的第三绝缘栅双极型晶体管处于闭锁状态；耗能模式即换流器部分子模块第三绝缘栅双极型晶体管处于导通状态；换流器子模块耗能策略，包括：根据直流功率，确定投入的每相上下桥臂耗能子模块数量n
sm
：式中，p
sm
为子模块耗能功率，p
dc
为直流功率，u
c
为模块电容电压，r1为第一耗能电阻；根据固定频率对每相子模块电容电压进行排序，选出电容电压较高的n
sm
个子模块；对上述n
sm
子模块进行控制，导通串接该子模块对应的第三绝缘栅双极型晶体管，使得该子模块进入耗能模式。9.一种陆上换流站，其特征在于，所述陆上换流站采用集成能量耗散功能的改进型模块化多电平换流器，所述陆上换流站的进线交流断路器与联接或换流变压器之间设置至少一组交流侧有功功率动态平衡装置，所述交流侧有功功率动态平衡装置通过降压变压器连接于联接或换流变压器的网侧公共连接点。
10.根据权利要求9所述的陆上换流站，其特征在于，所述集成能量耗散功能的改进型模块化多电平换流器采用三相六桥臂结构，每相包括一上桥臂和一下桥臂，每个桥臂包括n个级联串接新型改进子模块即耗能子模块，每个桥臂上还设置桥臂电抗器，以限制桥臂内换流和故障时电流上升率，每个所述耗能子模块包括第一～第三绝缘栅双极型晶体管、旁路开关、旁路晶闸管、模块电容和第一耗能电阻，其中，所述旁路开关和旁路晶闸管并联连接所述第二绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管与所述模块电容构成半桥结构实现，所述第三绝缘栅双极型晶体管串接所述第一耗能电阻后与所述模块电容并联；所述交流侧有功功率动态平衡装置为单组或多组，每组所述交流侧有功功率动态平衡装置采用三相电路结构，每相主要由三个单相晶闸管阀和第二耗能电阻串接而成，三相之间采用角接方式。

技术总结
本发明涉及一种基于有功功率动态平衡协同的海上风电柔直系统及方法，包括海上风电场、海上换流站、陆上换流站和陆上交流电网；海上风电场馈入海上换流站；海上换流站的直流侧与陆上换流站的直流侧相连；陆上换流站的交流侧通过联接或换流变压器和进线交流断路器与陆上交流电网相连；其中，陆上换流站采用集成能量耗散功能的改进型模块化多电平换流器，至少一组交流侧有功功率动态平衡装置配置在陆上换流站的进线交流断路器与联接或换流变压器之间，并通过降压变压器连接于联接或换流变压器的网侧公共连接点，通过集成能量耗散功能的改进型模块化多电平换流器和交流侧有功功率动态平衡装置协调配合完成有功功率动态平衡协同。衡协同。衡协同。


技术研发人员：李明 张进 薛英林 吴方劼 马玉龙 祝全乐 贺立 郝致远 冮明泽 曾萍
受保护的技术使用者：国网江西省电力有限公司吉安供电分公司
技术研发日：2022.08.18
技术公布日：2022/10/25