海上风电经多端多元异构直流送出系统及其运行控制方法

本发明涉及电网，具体地，涉及海上风电经多端多元异构直流送出系统及其运行控制方法。

背景技术：

1、可再生能源的开发规模、开发区域、开发深度现已发展到较高层次。在东部和南部，从近海到深远海，海上风电开发海域辽阔。大规模风电资源按集群开发且多个集群之间广域分布，电网相对薄弱。采用交流系统在广阔区域内汇集波动性功率，其电压稳定性及并网稳定性面临技术瓶颈。因此，采用多端直流输电汇聚和并网的方案受到了广泛关注。自2014年以来，已有南澳三端柔直工程、舟山五端柔直工程和张北新能源基地耦合抽水蓄能四端柔直并网工程等多项应用。

2、对于集群化海上风电，采用多端直流输电汇聚与并网，能够有效实现广域风功率的互补，平抑并网功率的波动，但目前基于模块化多电平(modular multilevelconverter,mmc)拓扑的海上柔直换流站体积重量大，建设、运维成本高，已成为影响海上风电送出成本的关键瓶颈。相较目前在多端直流输电系统中使用的模块化多电平换流器，二极管整流器能大大减少海上平台的体积与造价。但由于二极管整流器具有无法为风机提供黑启动功率、无法主动建立风电场内网的电压、产生电压谐波和电流谐波等问题，无法直接用于海上风电的送出。

3、经检索，申请号为cn201910563358.8的中国专利提供了一种混合直流换流器拓扑结构及其对应故障穿越方法，拓扑结构包括不控整流器、辅助换流器、电抗器，实现了基于二极管的低成本送出，保证了技术经济性。但其辅助换流器仍然采用模块化多电平拓扑，需要占用一定的平台面积，且辅助换流器需要耐高压，考虑绝缘净距，对换流阀体积的降低有限。由于辅助换流器与二极管整流器都需要放在海上平台，该方案对海上平台的整体建设成本的降低有限。

4、经检索，申请号为cn202210531669.8的中国专利提供了一种海上风电二极管整流单元送出系统的构网型风机控制方法，通过将风电机组的控制策略由跟网型改造为构网型，实现了海上交流系统的电压与频率构建，以及对二极管消耗无功的补偿，从而能够完全用二极管不控整流器取代海上模块化多电平换流阀，实现了海上送出平台的轻型化与低成本化。该方案需要改造风电机组，且需要在风电机组间的协同构网，而目前风电机组的构网技术尚未成熟，也未有工程应用，尤其是在大规模海上风电直流并网的情况，风电机组可能由多家厂商提供，不同厂商间的风机如何协同构网，均为目前无法解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种海上风电经多端多元异构直流送出系统及其运行控制方法。

2、根据本发明的一个方面，提供一种海上风电经多端多元异构直流送出系统，包括海上部分和岸上部分，其中：

3、所述海上部分，包括：

4、主风电场，所述主风电场为海上风电集群中的任一个；

5、海上mmc，所述海上mmc与所述主风电场连接，实现所述主风电场柔性直流输电送出至岸上；

6、副风电场，所述为海上风电集群中的剩余风电场；

7、海上dru，所述海上dru与所述副风电场一一对应连接，实现所述副风电场不控整流送出至岸上；

8、海上联络模块，所述海上联络模块连接所述主风电场和所述副风电场，通过所述海上联络模块，由所述主风电场及所述海上mmc建立所述副风电场的交流母线电压、频率，为所述副风电场提供黑启动功率；

9、所述岸上部分，包括：

10、岸上mmc，多个所述岸上mmc接收所述海上部分输送的直流电；

11、负荷中心，所述负荷中心与所述岸上mmc连接；

12、受端电网，所述受端电网与所述岸上mmc连接。

13、优选的，所述主风电场与所述海上mmc之间通过交流海缆连接；所述海上mmc经过直流海缆连接到岸上；

14、所述副风电场域所述海上dru之间通过交流海缆连接，所述海上dru经过直流海缆连接到岸上；

15、所述岸上mmc通过交流架空线连接到所述负荷中心或所述受端电网。

16、优选的，所述主风电场处的电能传输路径为：

17、电能从所述主风电场通过所述交流海缆汇集后，输送至所述海上mmc站；在所述海上mmc站处经变压器升压并转换为高压直流，通过所述直流海缆输送到岸上，再由所述岸上mmc转为高压交流，经过所述交流架空线输送至所述负荷中心或所述受端电网；

18、所述副风电场处的电能传输路径为：

19、电能从所述副风电场通过所述交流海缆汇集后，输送至所述海上dru站，在所述海上dru经变压器升压并转换为高压直流，通过所述直流海缆输送到岸上，再由所述岸上mmc转为高压交流，经过所述交流架空线输送至所述负荷中心或所述受端电网。

20、优选的，所述海上联络模块设置在所述主风电场的海上mmc的联结变压器低压侧公共连接点与所述副风电场的海上dru的联结变压器低压侧公共连接点之间。

21、优选的，所述海上联络模块的工作形式包括工频交流、低频交流和直流形式；

22、当采用所述工频交流形式时，所述海上联络模块包括工频交流海缆，所述工频交流海缆连接两个所述公共连接点；

23、当采用所述低频交流形式时，所述海上联络模块包括低频交流海缆和两个交交变频器，两个交交变频器分别连接在两个所述公共连接点处，实现工频交流转换为低频交流间的转换，所述低频交流海缆连接两个交交变频器；

24、当采用所述直流形式时，所述海上联络模块包括低频交流海缆和两个交流直流变换器，两个交流直流变换器分别连接在两个所述公共连接点处，实现工频交流转换为直流间的转换，所述低频交流海缆连接两个交流直流变换器。

25、优选的，通过所述海上联络模块，所述海上mmc与所述海上dru建立连接，建立所述副风电场海上dru的联结变压器低压侧公共连接点的交流电压与频率，所述副风电场从副风电场海上dru的联结变压器低压侧公共连接点上取电并完成黑启动。

26、根据本发明的第二个方面，提供一种海上风电经多端多元异构直流送出系统的运行控制方法，包括：

27、同时启动海上mmc以及与之相连的一个岸上mmc，建立主风电场的交流电压与频率；

28、启动海上联络模块，建立副风电场的交流电压与频率，并为副风电场提供黑启动功率，副风电场取电并完成启动。

29、优选的，所述同时启动海上mmc以及与之相连的一个岸上mmc，建立主风电场的交流电压与频率，包括：

30、任意选择一个岸上mmc，与主风电场所连接的海上mmc共同启动；

31、对岸上mmc和海上mmc进行预充电，预充电完成后，岸上mmc采用直流电压控制模式；海上mmc采用定交流电压及频率控制模式。

32、优选的，所述启动海上联络模块，建立副风电场的交流电压与频率，并为副风电场提供黑启动功率，副风电场取电并完成启动，包括：

33、选择一个副风电场，启动它的海上联络模块，将该副风电场与海上mmc建立连接；

34、通过所述海上mmc，建立所述副风电场侧的联结变压器低压侧公共连接点的交流电压与频率，所述副风电场从所述联结变压器低压侧公共连接点上取电并完成黑启动；

35、其他副风电场依次启动。

36、优选的，当所述副风电场启动之后，所述海上mmc和所述海上联络模块将转入稳态运行模式，所述海上联络模块传递的功率为0；此时，所述副风电场的输出功率仅由其连接的海上dru送出，所述海上联络模块切断或继续保持连接。

37、与现有技术相比，本发明实施例至少具有如下的一种有益效果：

38、本发明实施例中的新型海上风电多端多元异构直流送出系统及其运行控制方法，将模块化多电平换流器(mmc)与二极管不控整流器(dru)的优势进行互补，在大规模海上风电集群中，选取其中一个风电场作为主风电场，主风电场采用基于海上mmc的柔性直流输电送出技术，其他风电场作为副风电场，副风电场采用基于dru的不控整流送出技术，从而降低海上风电集群的送出成本。同时，主风电场与副风电场间通过海上联络模块连接，由主风电场及海上mmc建立副风电场的交流母线电压、频率，并为副风电场提供黑启动功率，解决纯二极管整流无法为风机提供黑启动功率、无法主动建立风电场内网的电压、产生电压谐波和电流谐波等问题，无法直接用于海上风电的送出的问题。