[发明专利]应用于海上风电场的混合型直流换流器及其控制方法

说明书

本发明提供了一种应用于海上风电场的混合型直流换流器，包括网侧MMC换流站、海上MMC换流站和12脉波二极管不控整流拓扑，所述海上MMC换流站连接在所述网侧MMC换流站、海上风电场之间，所述12脉波二极管不控整流拓扑与所述海上MMC换流站并联，所述海上MMC换流站为三相串联MMC拓扑，主要由i=a，b，c三相MMC串联构成，每相MMC有4个桥臂，每个桥臂都由半桥子模块（HBSM）组成。本发明还提供了一种应用于海上风电场的混合型直流换流器的控制方法。本发明的有益效果是：降低了成本，并且，同样具有传送海上风电场产生的功率的能力。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种应用于海上风电场的混合型直流换流器及其控制方法。

背景技术

随着海上风力发电的大规模开发，交流海底电缆由于较高的容性充电功率，无法实现海上远距离输电，直流输电成为深远海大规模风场输送电能的唯一途径；另一方面，基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)的柔性直流输电技术快速发展，MMC采用子模块构建高压大容量的AC/DC变换器，具有低谐波、低损耗等优点，成为直流输电技术中最具吸引力的变换器拓扑。虽然基于MMC的柔直换流站在性能上具有许多优点，但随着电压等级的提高，MMC的子模块数量大幅增加、控制系统日益复杂。考虑到换流器体积与重量的增加，海上平台建设成本也较为高昂。因此非常有必要探索新型的低成本、高可靠的海上风电直流并网方案。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种应用于海上风电场的混合型直流换流器及其控制方法。

本发明提供了一种应用于海上风电场的混合型直流换流器，包括网侧MMC换流站、海上MMC换流站和12脉波二极管不控整流拓扑，所述海上MMC换流站连接在所述网侧MMC换流站、海上风电场之间，所述12脉波二极管不控整流拓扑与所述海上MMC换流站并联，所述海上MMC换流站为三相串联MMC拓扑，主要由i＝a，b，c三相MMC串联构成，每相MMC有4个桥臂，每个桥臂都由半桥子模块(HBSM)组成，在直流母线电压相同且子模块承受相同直流电压的情况下，三相串联SC-MMC所需要的子模块数量为三相并联MMC的三分之二，可进一步降低海上风电场直流换流站的成本，具有良好的经济性。

作为本发明的进一步改进，海上风电场产生的有功功率完全由所述12脉波二极管不控整流拓扑传输，降低了海上MMC换流站的功率等级从而使MMC换流站的成本、占地面积、造价下降。

作为本发明的进一步改进，所述海上MMC换流站采用孤岛控制，其目标为控制海上风电场额定频率并提供交流侧额定电压幅值。

作为本发明的进一步改进，海上风电场具有黑启动功能，当海上风电场出现故障停机时，由网侧MMC换流站将直流逆变成交流给海上风电场提供能量，使海上风电场正常启动，海上风电场开始产生的能量先由海上MMC换流站传送，当海上风电场产生能量达到稳定后，再由12脉波二极管不控整流拓扑传送。

本发明还提供了一种应用于海上风电场的混合型直流换流器的控制方法，基上述中任一项所述的应用于海上风电场的混合型直流换流器进行以下控制：开始，网侧MMC换流站提供直流稳压，抬升直流测电压到设定值，之后海上风电场开始发电，开始的能量由海上MMC换流站传送，当海上风电场发出的能量达到稳态后，则由12脉冲二极管不可控整流拓扑传送。

作为本发明的进一步改进，当风电场产生能量由海上MMC换流站传送4s达到稳态后，能量完全由12脉波二极管不控整流拓扑传送。

本发明的有益效果是：降低了成本，并且，同样具有传送海上风电场产生的功率的能力。

附图说明

图1是本发明一种应用于海上风电场的混合型直流换流器的示意图。

图2是三相串联SC-MMC拓扑结构图。

图3是基于孤岛控制的三相串联SC-MMC控制框图。