[发明专利]一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统

说明书

技术领域

本发明涉及大规模海上风电场柔性直流输电领域，具体涉及一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统。

背景技术

目前海上风电场电能输送方式多为交流并网，将风机出口电压经升压变升至10kV或35kV，汇集至海上升压站由110kV或220kV交流线路送至陆上交流电网，海上平台升压站是整个风场的电能汇集及交换中心。然而随着海上风电场向远海发展，规划发电容量日益扩大，海上风电直流输电方式成为大规模利用风能的最有效方式。

直流输电适用于大容量、远距离的电能输送，随着海上风电场传输距离的需求越来越远，输电容量越来越大，直流输电在海上风电场的开发中起到关键作用。相比较常规的电流源换相换流器、两电平和三电平的电压源换流器，基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电接入系统更加适用于长距离、大规模的孤岛式海上风电场。模块化多电平换流器是目前国际上发展较为迅速的一种柔性直流输电拓扑结构，目前，工程上所用的模块化多电平结构多为半桥型，国内相关厂家也已开展了全桥型模块化多电平换流器的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种海上风电场柔直换流站拓扑结构及其并网系统，弥补现有技术的缺陷、减少海上风电场直流并网所需设备数量、降低海上平台的建设成本。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种海上风电场柔直换流站拓扑结构，包括低压母线、高压母线、升压联接变压器和柔性直流换流器；

低压母线经升压联接变压器连接至高压母线，高压母线与柔性直流换流器连接，柔性直流换流器由MMC拓扑结构构成，柔性直流换流器包含6个桥臂，换流器的每个桥臂包含若干个功率模块，功率模块为全部半桥型功率模块、全部全桥型功率模块或半桥模块与全桥模块混合的结构。

进一步，升压联接变压器由两台或多台三相双绕组变压器并联联接构成，且各自连接一低压母线，低压母线构成单母分段的型式。

进一步，柔直换流站前端电能输入由多个风力涡轮机和辅助变压器构成。

进一步，还包括低压开关柜、高压GIS开关、站用变压器、接地变压器、启动电阻、桥臂电抗器、交流开关及测量装置、直流开关及测量装置和避雷器。

一种海上风电场柔直并网系统，包括海上柔直换流站、海上平台转接站和陆上换流站；能量先从各个风机汇集至海上柔性直流换流站，经一个或多个换流站并联后，形成两端或多端系统通过海上平台转接站汇集后经直流电缆统一输送至陆上换流站，与交流主网进行联网。

进一步，海上柔直换流站采用电压源柔性直流换流器，陆上换流站采用电流源或电压源换流器。

本发明的有益效果：

本发明的海上风电场柔性直流换流站拓扑结构及其并网系统中，将风电场风机系统输出经汇集后，通过升压联接变压器升压至适当的电压等级后，经过柔性直流换流器转换为直流，而后直接通过直流电缆输送至陆上换流器，或通过海上转接站组成多端系统后统一传输至陆上换流器。在整个变换过程中，省去了传统升压站中动态无功补偿装置、线路并联高压电抗器、连接升压站与柔性直流换流站间的高压交流电缆以及柔直换流站站用变等设备，减少了海上平台设备投资以及海上平台总占地。提高海上交流网络的稳定性，为风电场提供足够的快速无功补偿，降低风机脱网风险，提高风能利用率。

海上风电场电能由一个或多个海上平台柔性直流换流站组成直流双端或多端系统后由直流电缆输送至陆上换流站，若受端换流站采用电流源换流器，可进一步降低系统成本。

本发明可作为风电场直流换流站模块化设计的标准，对换流站设备选型及平台建设的规范化有推进意义，节约规划、建设及设备研发投入。

附图说明

图1为海上风电场柔性直流换流站拓扑结构图

图2为半桥型子模块(HBSM)拓扑结构图

图3为全桥型子模块(FBSM)拓扑结构图

图4为海上风电场柔直并网系统图

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示，本发明所述海上风电场柔性直流换流站拓扑结构主要包括低压开关柜及母线、高压GIS开关及母线、站用变压器、接地变压器、升压联接变压器、启动电阻、桥臂电抗器、柔性直流换流器、测量装置、直流开关及测量装置及避雷器。多个海上柔直换流站可通过海上平台转接站汇集后统一输送至陆上换流站。陆上换流站选择常规电流源换相(LCC)换流器，可进一步降低系统成本。