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一種適用于海上風(fēng)電送出直流系統(tǒng)的CSC-MMC級(jí)聯(lián)拓?fù)?

文檔序號(hào)：40576523發(fā)布日期：2025-01-07 20:16閱讀：5來(lái)源：國(guó)知局

導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>發(fā)電;變電;配電裝置的制造技術(shù)

一種適用于海上風(fēng)電送出直流系統(tǒng)的CSC-MMC級(jí)聯(lián)拓?fù)? /><br/><p>本發(fā)明涉及直流輸電與電力電子，具體涉及一種適用于海上風(fēng)電直流系統(tǒng)的受端csc-mmc混合直流輸電拓?fù)洹?/p><p><br/><b>背景技術(shù)：</b><br/></p><p>1、我國(guó)海上風(fēng)能資源豐富，隨著海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)逐漸走向深遠(yuǎn)海域，直流輸電技術(shù)成為大規(guī)模遠(yuǎn)海風(fēng)電送出的更優(yōu)途徑。目前工程中廣泛采用的換流器類型為模塊化多電平換流器(modular?multilevel?converter，mmc)，其特點(diǎn)為輸出電平多，不存在換相失敗的問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)有功無(wú)功解耦控制等。然而隨著輸送容量和電壓等級(jí)的提升，mmc對(duì)功率模塊的需求有所增加，尤其是較高的儲(chǔ)能電容需求，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q流器的尺寸、重量和規(guī)模顯著增加，因此提高了海上換流平臺(tái)的建設(shè)成本和運(yùn)維成本。</p><p>2、主動(dòng)換相型電流源換流器(current?source?converter,csc)不存在直流側(cè)儲(chǔ)能電容，也無(wú)需大面積交流濾波場(chǎng)，體積較小，重量較輕，還能對(duì)無(wú)源系統(tǒng)供電，尤其適用于海上風(fēng)電場(chǎng)合。然而，csc作為電流源型換流器對(duì)受端的電壓支撐能力較弱，電壓波動(dòng)大，只能依靠電流的變化反應(yīng)電壓頻率的變化，因此受端亟需一種新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。</p><p>3、目前的混合直流輸電拓?fù)浯蠖嗖捎胠cc-mmc的混合型結(jié)構(gòu)，將lcc和mmc的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)很好的運(yùn)行特性。但lcc-mmc的混合型結(jié)構(gòu)中l(wèi)cc采用的晶閘管為半控型器件，不能控制開(kāi)通和關(guān)斷因此難以應(yīng)用在海上風(fēng)電直流送出系統(tǒng)中。</p><br/><p><b>技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路</b></p><p>1、為了實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電送出系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的主動(dòng)支撐，并克服傳統(tǒng)的混合級(jí)聯(lián)直流輸電系統(tǒng)用于海上風(fēng)電中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種適用于海上風(fēng)電直流系統(tǒng)的csc-mmc混合直流輸電拓?fù)?。其特征在于，受端換流器結(jié)構(gòu)相較于采用lcc-mmc或csc，采用csc-mmc可以實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電系統(tǒng)受端的電壓頻率支撐；csc-mmc中的csc結(jié)構(gòu)可以與送端的csc相匹配，為無(wú)源系統(tǒng)供電，便于實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電場(chǎng)的黑啟動(dòng)；而csc-mmc中的mmc結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)交流電壓的穩(wěn)定控制，并且能很好的追蹤頻率的變化。</p><p>2、為了降低交、直流側(cè)諧波，海上換流器采用12脈動(dòng)csc，由兩個(gè)6脈動(dòng)換流器級(jí)聯(lián)而成，其變壓器接線形式分別為y-y和y-δ，相位差為30°。每個(gè)6脈動(dòng)csc三相六橋臂均采用能承受反壓的全控型開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)而成，采用effm的調(diào)制策略，具備兩個(gè)調(diào)制自由度θ和α，并且保證每個(gè)周期每個(gè)橋臂都導(dǎo)通120°，實(shí)現(xiàn)送端有功無(wú)功的獨(dú)立解耦控制。陸上換流器由6脈動(dòng)csc與mmc混合級(jí)聯(lián)而成，每個(gè)6脈動(dòng)csc三相六橋臂均采用能承受反壓的全控型開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)而成，由于mmc有兩個(gè)控制自由度，因此受端csc可以簡(jiǎn)單采用ffm的調(diào)制策略，每個(gè)周期每個(gè)橋臂導(dǎo)通120°具備一個(gè)調(diào)制自由度α，mmc采用最近電平逼近調(diào)制，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)受端電網(wǎng)支撐。</p><p>3、本發(fā)明提出的海上風(fēng)電送出系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)為：海上大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組經(jīng)各自的變流器和短距離交流電纜匯集至海上交流母線，再由海上csc換流器整流送出，經(jīng)海底直流電纜至陸上換流器，最后由陸上csc-mmc換流器逆變后并入陸上交流電網(wǎng)。</p><p>4、本發(fā)明提出的海上風(fēng)電送出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如下。</p><p>5、送端流入海上csc交流側(cè)的有功功率p和無(wú)功功率q的計(jì)算公式如式(1)：</p><p>6、</p><p>7、其中，ω為角頻率，xl為交流串聯(lián)電感，xc為交流濾波電容，upm為海上風(fēng)電場(chǎng)交流母線相電壓幅值，idc為直流電流，kt為變壓器變比，αr為海上csc換流站觸發(fā)角,θr為補(bǔ)償角。因此存在兩個(gè)控制自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)有功無(wú)功的獨(dú)立控制。</p><p>8、受端csc與mmc混合級(jí)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型如式(2)和式(3)：</p><p>9、</p><p>10、式(2)為采用基頻調(diào)制的csc交流側(cè)的有功功率p和無(wú)功功率q的計(jì)算公式，其中，ω為角頻率，l為交流串聯(lián)電感，c為交流濾波電容，upm為海上風(fēng)電場(chǎng)交流母線相電壓幅值。</p><p>11、</p><p>12、式(3)為mmc的交流系統(tǒng)輸出的有功和無(wú)功，具體數(shù)學(xué)模型如圖1；us為交流母線電壓；uc為mmc交流出口處電壓；xl、kt為換流變壓器的漏抗和變比；δ為mmc交流出口處與母線位置之間的電壓相位差；</p><p>13、假設(shè)mmc的電壓調(diào)制比為m，則uc的表達(dá)式為：</p><p>14、</p><p>15、由式(4)可知，mmc的有功功率傳輸主要依靠δ，當(dāng)δ＜0時(shí)，mmc從交流側(cè)吸收有功功率，反之則向交流測(cè)發(fā)出無(wú)功。</p><br/><br><b>技術(shù)特征：</b><br/><p>1.一種適用于海上風(fēng)電直流系統(tǒng)的csc-mmc混合級(jí)聯(lián)直流輸電拓?fù)?，其特征在于，海上送端換流器為基于全控型器件的主動(dòng)換相型電流源換流器csc，陸上受端換流器為csc-mmc的混合型結(jié)構(gòu)。</p><p>2.根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，陸上csc-mmc由m個(gè)6脈動(dòng)csc與mmc級(jí)聯(lián)而成，m≥1，csc和mmc的每個(gè)橋臂中均由若干個(gè)全控型開(kāi)關(guān)器件和子模塊串聯(lián)構(gòu)成。</p><p>3.根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，所述全控型器件可采用能承受反壓的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件。</p><p>4.根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，由于陸上采用csc-mmc級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，利用mmc對(duì)交流側(cè)電網(wǎng)呈現(xiàn)電壓源的外特性能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻率的主動(dòng)支撐。</p><p>5.根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，由于陸上和海上都具有csc的結(jié)構(gòu)，都屬于電流源型換流器，因此黑啟動(dòng)和潮流反轉(zhuǎn)更加方便。</p><p>6.根據(jù)權(quán)利1所述的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，海上csc采用雙自由度調(diào)制策略，陸上csc-mmc中csc采用基頻調(diào)制策略，mmc采用最近電平調(diào)制策略。</p><br/><b>技術(shù)總結(jié)</b><br>本發(fā)明提出了一種適用于海上風(fēng)電送出系統(tǒng)的CSC?MMC混合級(jí)聯(lián)直流輸電拓?fù)?。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：陸上采用的換流器結(jié)構(gòu)為CSC?MMC的混合級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)。由于海上風(fēng)電直流輸電系統(tǒng)的受端與電網(wǎng)連接，希望直流系統(tǒng)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行頻率主動(dòng)支撐，因此希望受端能采用MMC的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)為可以利用MMC對(duì)交流側(cè)電網(wǎng)呈現(xiàn)電壓源的外特性實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻率的主動(dòng)支撐，然而考慮到送端為CSC結(jié)構(gòu)，具備電流源的特性，為了便于黑啟動(dòng)和潮流反轉(zhuǎn)，因此受端將CSC與MMC級(jí)聯(lián)起來(lái)構(gòu)成CSC?MMC混合型結(jié)構(gòu)，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)的主動(dòng)頻率支撐又能便于黑啟動(dòng)和潮流反轉(zhuǎn)，并且由于受端在陸上，因此不必考慮級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的占地面積，具備工程應(yīng)用實(shí)際。<br/><br/><b>技術(shù)研發(fā)人員：</b>趙成勇,王勝威,馮定騰,丁子迅,熊小玲<br/><b>受保護(hù)的技術(shù)使用者：</b>華北電力大學(xué)<br/><b>技術(shù)研發(fā)日：</b><br/><b>技術(shù)公布日：</b>2025/1/6
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該技術(shù)已申請(qǐng)專利。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系技術(shù)所有人。
技術(shù)研發(fā)人員：趙成勇,王勝威,馮定騰,丁子迅,熊小玲
技術(shù)所有人：華北電力大學(xué)
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