一种风电经二极管阀送出系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风电经二极管阀送出系统及其控制方法。


背景技术：

2.以光伏和风电为代表的清洁能源是减少能源生产环节碳排放的重要技术之一。与光伏相比，风电降成本方面的进展较慢，目前尚无法实现平价上网，海上风电降低成本已成为目前最迫切解决的问题。
3.降低海上风电成本，除了直接针对已有的海上风电柔性直流送出系统降低各个环节的造价外，另一类技术路线是通过研究新型的低成本直流送出系统替代较为昂贵的柔直换流站。目前业内正在研究探索的新型低成本方案包括海上风电经低频输电系统送出、海上风电经二极管阀转直流送出等，总体上研究起步较晚，相关技术研究仍处于初级阶段。常规的海上风电经二极管阀转直流送出方案也存在很大的技术挑战，例如，二极管整流器无法主动建立风场内网的电压，二极管整流器不具备逆变功能因此不能满足风场黑启动要求等。总体上，国内关于海上风电新型送出技术的研究也起步较晚，相关技术研究仍处于初级阶段。海上风电经柔性直流送出系统是目前应用最多的直流送出方案，但成本较高。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种风电经二极管阀送出系统及其控制方法，利用了二极管阀整流的特点，通过设计svg控制策略使svg同时实现自身功率平衡、交流电压控制、功率经二极管送出控制以及交流侧滤波的功能，解决了风电场直接接二极管阀时没有交流电源和风电场无法黑启动的技术瓶颈，还省去了占地庞大的交流滤波器组，成本也远低于风电场经柔性直流送出系统。
5.为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种风电经二极管阀送出系统，包括：风电场、交流汇集系统、svg、柴油发电机、换流变压器、送端二极管阀、直流输电线路、直流平波电抗器、受端柔直换流站；
6.所述风电场、所述交流汇集系统、所述换流变压器、所述送端二极管阀、所述直流输电线路、所述直流平波电抗器、所述受端柔直换流站依次串联连接，所述svg和所述柴油发电机分别与送端pcc点连接；
7.所述svg实现自身功率平衡的同时负责交流电压控制、功率经二极管送出控制以及交流侧滤波控制；
8.所述柴油发电机向所述svg充电；
9.所述风电场功率经所述送端二极管阀由所述直流输电线路送出后，经受端vsc逆变后输送至受端交流电网。
10.进一步地，所述送端二极管阀为由二极管为基础构成的三相桥式电路。
11.进一步地，所述送端二极管阀包括：6个桥臂构成的6脉波换流器。
12.进一步地，所述送端二极管阀包括：两个6脉波换流器组成12脉波换流器。
13.相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种风电经二极管阀送出系统控制方法，用于控制如权利要求1-4任一所述的风电经二极管阀送出系统，包括如下步骤：
14.通过受端vsc闭合交流侧开关，通过交流软启电阻对所述受端vsc进行充电，达到预设值后旁路软启电阻，完成所述受端vsc的充电后解锁所述受端vsc，建立直流电压；
15.通过送端柴油发电机对svg进行充电；
16.在所述svg完成充电后解锁所述svg运行，将交流电压建立至额定值，分级闭合送端汇集系统的交流侧开关，闭合风电变流器网侧交流开关，完成风电场风机的黑启动和并网，在所述黑启动过程中交流线路和变压器所需的无功功率由所述svg提供，所产生的损耗有柴油发电机补偿；
17.在所述风电场开始送出功率后，将所述柴油发电机切除。
18.本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
19.利用了二极管阀整流的特点，通过设计svg控制策略使svg同时实现自身功率平衡、交流电压控制、功率经二极管送出控制以及交流侧滤波的功能，解决了风电场直接接二极管阀时没有交流电源和风电场无法黑启动的技术瓶颈，还省去了占地庞大的交流滤波器组，成本也远低于风电场经柔性直流送出系统。
附图说明
20.图1是本发明实施例提供的风电经二极管阀送出系统拓扑结构示意图；
21.图2是本发明实施例提供的svg控制策略框图；
22.图3所示为基于vd-vq电压双环控制的svg控制策略框图。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
24.请参照图1，本发明实施例的第一方面提供了一种风电经二极管阀送出系统，包括：风电场、交流汇集系统、svg、柴油发电机、换流变压器、送端二极管阀、直流输电线路、直流平波电抗器、受端柔直换流站。风电场、交流汇集系统、换流变压器、送端二极管阀、直流输电线路、直流平波电抗器、受端柔直换流站依次串联连接，svg和柴油发电机分别与送端pcc点连接；svg实现自身功率平衡的同时负责交流电压控制、功率经二极管送出控制以及交流侧滤波控制；柴油发电机向svg充电；风电场功率经送端二极管阀由直流输电线路送出后，经受端vsc逆变后输送至受端交流电网。
25.柴油发电机的作用是对svg进行充电；svg的作用是实现自身功率平衡的同时负责交流电压控制、功率经二极管送出控制以及交流侧滤波控制；风电场功率经二极管阀转直流送出后，经受端vsc逆变后输送至受端交流电网。
26.具体的，送端二极管阀为由二极管为基础构成的三相桥式电路。
27.可选的，送端二极管阀包括：6个桥臂构成的6脉波换流器。
28.可选的，送端二极管阀包括：两个6脉波换流器组成12脉波换流器。
29.上述风电经二极管阀送出系统由风电场、交流汇集系统、svg、柴油发电机、换流变压器、送端二极管阀、直流输电线路、直流平波电抗器、受端柔直换流站及其控制装置等组成，其中svg和柴油发电机连接在送端pcc点，柴油发电机的作用是对svg进行充电，svg完成充电后，通过svg对风电场黑启动。待风电场输出功率后，切除柴油发电机，并通过svg控制交流电压幅值抬高至整流电压，使风电场功率经过二极管阀转直流送出。
30.与现有技术相比，本发明不仅拓扑结构简单可靠还具有较好的经济性，通过svg的控制策略同时实现交流电压控制、功率经二极管送出控制和滤波等功能，不仅解决了二极管系统无法为风电场黑启动、无法为风电场提供运行的交流电压的问题，还省去了二极管系统所需配置的交流滤波器组，相比相同容量的海上风电柔性直流送出系统，可降低海上送端换流站成本20％以上。
31.相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种风电经二极管阀送出系统控制方法，用于控制如权利要求1-4任一的风电经二极管阀送出系统，包括如下步骤：
32.步骤1：通过受端vsc闭合交流侧开关，通过交流软启电阻对受端vsc进行充电，达到预设值后旁路软启电阻，完成受端vsc的充电后解锁受端vsc，建立直流电压。
33.步骤2：通过送端柴油发电机对svg进行充电。
34.步骤3：在svg完成充电后解锁svg运行，将交流电压建立至额定值，分级闭合送端汇集系统的交流侧开关，闭合风电变流器网侧交流开关，完成风电场风机的黑启动和并网，在黑启动过程中交流线路和变压器所需的无功功率由svg提供，所产生的损耗有柴油发电机补偿；
35.步骤4：在风电场开始送出功率后，将柴油发电机切除。
36.上述风电经二极管阀送出系统，该系统的运行控制方法为：通过svg的控制，实现svg自身功率平衡的同时实现交流电压控制、风电场功率经二极管送出控制以及交流侧滤波控制；风电场功率经二极管阀转直流送出后，经受端vsc逆变后输送至受端交流电网。
37.请参照图2，具体的，svg的控制策略为：对交流电压的频率和幅值进行控制；频率为固定频率；幅值指令由前一级svg自身模块电压闭环pi控制得到；svg自身模块电压闭环pi控制器，控制指令为模块额定电压，反馈为模块电压实际值，输出结果作为交流电压幅值指令。通过该控制策略，svg可以实现自身功率平衡的同时实现交流电压控制、风电场功率经二极管送出控制。
38.请参照图3，svg上还附加有针对二极管整流产生的12k
±
1次的谐波的滤波策略。
39.本发明实施例旨在保护一种风电经二极管阀送出系统及其控制方法，具备如下效果：
40.利用了二极管阀整流的特点，通过设计svg控制策略使svg同时实现自身功率平衡、交流电压控制、功率经二极管送出控制以及交流侧滤波的功能，解决了风电场直接接二极管阀时没有交流电源和风电场无法黑启动的技术瓶颈，还省去了占地庞大的交流滤波器组，成本也远低于风电场经柔性直流送出系统。
41.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨
在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。