[发明专利]永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上风电场并网系统，特别是涉及一种永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构及其控制方法，属于风电并网领域。

背景技术

海上风能具有风速高、风力稳定及干扰少等诸多优点，因此，大力发展海上风电已成为风电发展的新趋势。目前，由于永磁直驱同步风力发电机具有无齿轮箱、可靠性好且效率高等诸多优势，在兆瓦级海上风力发电机组中的应用日益增多。

对于由永磁直驱同步风力发电机构建的海上风电场，其并网拓扑不仅包括风电场内部集电拓扑结构，还包括并网输电方式。它不仅关系到整个风电场的稳定性、经济性以及使用效率，还关系到风电场接入电网的可靠性。

目前，风电场内部一般采用交流母线集电拓扑结构，但其电能转换效率较低，由于每台风力发电机组都有独立的控制系统，整个风电场的控制系统相对更为复杂；海上风电场并网方式一般采用交流输电(HVAC)并网，其中交流输电并网方式电力传输系统结构简单，成本较低，技术成熟，但传输容量和传输距离受到限制。具体可见，如图1和图2所示的风电场并网系统。

图1所示为基于HVAC的交流母线集电型风电场并网拓扑结构，其风电场中每台永磁同步电机发出的电能经全功率换流器得到交流电，交流电能在风电场内的交流母线处汇集，再通过35kV:220kV海上升压变电站后经海底交流电缆输送到陆上电网。

图2所示为基于HVAC的直流母线集电型风电场并网拓扑结构，其风电场中每台永磁同步电机发出的电能经整流变换成直流电，直流电能在直流母线处汇集后经换流站集中逆变成交流电，再经过35kV:220kV升压变电站后经海底交流电缆输送到陆上电网。

所以，风电场的内部集电拓扑结构以及其并网方式将直接关系到风电场远距离输电的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构及其控制方法，不仅可以实现多机并联运行，而且能够提高风电场的电能转换效率，降低并网交流电流谐波量，提高风电场运行的高效性和稳定性，具有产业上的利用价值。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构，包括依次相连的直流母线集电式风电场、风场网侧换流站、两级升压变压器、海上整流站、海底直流电缆、岸上逆变站、并网侧升压变压器和陆地电网。

其中，所述直流母线集电式风电场采用直流母线集电拓扑结构，包括若干组依次相连的风力机、永磁同步发电机和机侧整流器，以及集电用的直流母线；所述风力机将捕获的风能通过永磁同步发电机转换成交流电，交流电经机侧整流器整流变换成直流电在直流母线处汇集后、经风场网侧换流站集中逆变成风场网侧交流电，风场网侧交流电经两级升压变压器升压后输入海上整流站、再经海上整流站变换成升压直流电通过海底直流电缆送至岸上逆变站逆变成并网侧交流电，并网侧交流电最后经并网侧升压变压器升压后并入陆地电网。

本发明的并网系统拓扑结构进一步设置为：所述两级升压变压器包括依次相连的3KV:35KV升压变压器和35KV:115KV升压变压器，所述3KV:35KV升压变压器的输入端与风场网侧换流站的输出端相连，所述35KV:115KV升压变压器的输出端与海上整流站的输入端相连。

本发明的并网系统拓扑结构进一步设置为：所述海底直流电缆为±100KV直流电缆。

本发明的并网系统拓扑结构进一步设置为：所述海底直流电缆为100km。

本发明的并网系统拓扑结构进一步设置为：所述海上整流站和岸上逆变站为拓扑结构相同的电压源型换流站；所述电压源型换流站为基于全控型开关器件的换流器，具体拓扑结构为三相两电平型换流器、三相三电平型换流器、钳位型多电平电压源换流器、级联型多电平换流器、模块化多电平电压源换流器或多脉波电压源换流器。

本发明的并网系统拓扑结构进一步设置为：所述三相两电平型换流器包括并联于直流侧的滤波电容，与滤波电容并联的电压型三相全桥式逆变电路，以及串联于交流侧、并与电压型三相全桥式逆变电路输出的三相中点分别相连的换流电抗器和滤波器；