[发明专利]海上风电场无功优化补偿装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种海上风电场无功优化补偿装置及其控制方法，海上风电场无功优化补偿装置，包括双分裂变压器，所述双分裂变压器的两个低压绕组各与一变流设备连接；两个变流设备共用一直流电容。本发明利用双分裂变压器低压绕组的电气隔离特性，在双分裂变压器两低压绕组抽头中引入MMC背靠背型变流设备，可通过调节低压绕组抽头位置，使得MMC背靠背型变流设备容量潜能得以充分挖掘，有效节约变流设备成本。

技术领域

本发明涉及电力电子控制领域，特别是一种海上风电场无功优化补偿装置及其控制方法。

背景技术

陆上风电发展到一定程度后，会受到土地资源、人口分布、风资源条件等诸多限制，海上风电场具有节约土地资源、风力稳定、风速高、风力持久、受到干扰少、年利用小时数高的特点，相同装机容量情况下能多发近50％-70％的电能，因而成为未来风电场发展的主要趋势。从2000年开始，欧洲海上风电投入已超陆上风电。截至2018年底，全球海上风电累计装机容量为23GW，2011年-2018年间年均复合增长率为27.97％。海上风电市场逐步形成了以欧洲为中心、亚洲和北美快速跟进的格局。

我国海上风资源质量好，可装机容量巨大，具备大规模开发条件，同时沿海地区电力需求大，可就近消纳。另一方面，受海上养殖和航运交通等影响，风电场近岸浅海海域的选址将受到更为严格的限制，而深远海风电风速更大，风力更加稳定，受限制更少。根据风能资源普查成果，我国5～25米水深、50米高度海上风电开发潜力约2亿千瓦；5～50米水深、70米高度海上风电开发潜力约5亿千瓦，而50m以上水深海上风电开发潜力更大。我国更多的海上风能资源位于深远海海域。未来海上风电开发逐步走向深海远岸是必然趋势。

海上风电的不断发展使得风电具有大规模，远距离，集中并网的特点。该特点使得双分裂变压器被广泛应用于海上升压站中作为升压站主变压器，以达到限制短路电流大小，分散分配主变低压侧风机容量的要求。双分裂绕组变压器以其在限制短路电流、分裂低压绕组容量方面的结构优势，被广泛运用在海上风电场中以作为海上升压站的主变压器。但由于海上风电场中风机容量大，风机离岸距离远，其海缆长度长达几十甚至上百公里，由此引起的容性无功过补问题突出，不仅加大了海上升压站主变、高压侧开关设备、高压侧送出海缆的容量要求，也增加了主变、送出海缆等电器设备的电能损耗，会引发因容性无功过补而出现的电气设备过电压、电能损耗增大的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种海上风电场无功优化补偿装置及其控制方法，提高主变功率因数；减少主变、高压侧开关设备、高压侧送出海缆的容量投资；降低送出海缆等电气设备的电能损耗。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种海上风电场无功优化补偿装置，包括双分裂变压器；所述双分裂变压器的两个低压绕组各与一变流设备连接；两个变流设备共用一直流电容。

本发明在双分裂变压器两低压绕组抽头中引入MMC背靠背型变流设备，可通过调节低压绕组抽头位置，使得MMC背靠背型变流设备容量潜能得以充分挖掘，提高了主变(变流设备)功率因数，有效节约变流设备成本。

所述双分裂变压器每个低压绕组每相均引出有一中间抽头；每个低压绕组的三个中间抽头分别对应与变流设备的三相输入端连接。本发明可以节约对容量匹配变压器的使用，不仅具有较高的经济性，且节省了匹配变压器的占地空间。

所述低压绕组通过滤波电感接对应的变流设备，以形成四象限可控变流装置，可实现能量的双向流动，便于采用高速度、高运算能力的DSP产生PWM控制脉冲，以减少无功补偿电流的谐波含量。

对于任一个变流设备，当接入该变流设备的任意两个中间抽头的电流i_u1、i_v1满足下式时，该变流设备对应侧的双分裂变压器高压侧的三相绕组中不含有无功分量：