[发明专利]一种基于直流电流源回路的风电场汇流与并网方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力转换方法，更具体的，涉及一种基于直流电流源回路的风电场汇流与并网方法。

背景技术

风能是一种潜力很大的新能源，有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。利用风能进行发电的技术也获得了突飞猛进的发展，最近几年风力发电的装机容量有了巨大的增长，但是由于受环境条件限制，清洁能源发电一般装机容量小，分布广，供电质量不高并且远离主网，如中小型水电厂、风电场(含海上风电场)、潮汐电站、太阳能电站等，由于其运营成本很高以及交流线路输送能力偏低等原因使采用交流互联方案在经济和技术上均难以满足要求，利用直流输电与主网实现互联是充分利用可再生能源的最佳方式，有利于保护环境。缓解系统电压波动而引起的风电并网母线电压波动。直流隔离作用能提高风电场在交流系统故障下的低电压穿越能力。动态无功补偿能力，风电场并网最佳技术手段。简化双馈感应风机、永磁直驱风机，异步感应风机的设计，降低风电场建设成本。采用直流电缆作为输送路径，是远距离大型海上风电场并网的最佳手段。

但是最新的资料和媒体报道显示，远距离大型海上风电采用的汇流和并网方法为：风力发电机发出的电能经过风机变流器变成直流电，然后再由并网变流器变成交流电，然后经过升压变压器将电压升高到合适的值，再经过柔性直流输电的变流器变换成高压直流电进行海上远距离传输。电能到了岸上，再经过柔性直流输电的变流器，变换成交流电并入电网。从本质上来说这种风电场的汇流方法是电流汇流，每台风机都要配备一台变压器，将风机变流器输出的电压变换为汇流母线的电压(一般为35kV)，风机之间采用并联的方式，将小电流汇集起来，成为一个大电流，从而达到汇流的目的。

这种汇流与并网方法有如下缺点：1，风机变流器本身是有直流环节的，却要将直流变换成交流，升压后，再通过柔性直流输电的变流器变换成直流，这样便增加了中间的交流环节，增加了设备投资，降低了可靠性，并使成本升高。2，需要在海上建立高压变电站与柔性直流输电用的高压大容量变流器，使施工难度增加，并增加了建设成本与运行维护成本。3，风电场需要用海底电缆进行汇流，如果采用交流汇流，那么相间电容和相对地的电容会很大，这会导致功率的传输变的困难，也会增加设备投资。

发明内容：

本发明所涉及的基于直流电流源回路的风电场汇流与并网方法为解决以上问题提供了一个可行的思路。

本发明所提出的基于直流电流源回路的风电场汇流与并网方法，从本质上来说是一种电压“汇流”，确切一点说应该叫做“汇压”，这种方法用直流电流源回路将风机变流器和并网变流器的直流电流源回路侧串联起来，则多个风机变流器的直流电流源回路侧输出的电压便可以叠加起来，成为一个高电压，因此不需要将直流变成交流也可以实现升压的目的；并网变流器的直流电流源回路侧输出合适的电压，使直流电流源回路中的电流保持合理的值，其中风机变流器与并网变流器可以有多种形式可供选择。

本发明采用下述方案来实现本发明的目的：

一种基于直流电流源回路的风电场汇流与并网方法，其主电路结构包括电网、并网变流器、直流电流源回路、一个或多个风机变流器、风力发电机；控制系统包括并网变流器控制系统和风机变流器控制系统；

直流电流源回路将风机变流器和所述并网变流器串联起来；并网变流器连接在电网和直流电流源回路之间；风机变流器连接在直流电流源回路和风力发电机之间；

电网为三相交流电网、单相交流电网、直流电压源电网、直流电流源电网的其中之一或是其组合；

并网变流器由电力电子器件、电容、电感、电阻或其组合构成，并网变流器和并网变流器控制系统协同工作，其作用为控制直流电流源回路中的电流大小，同时向电网中输送电能；

直流电流源回路由电力电子器件、电容、电感、电阻或其组合构成，且至少包含一个电感，其作用为抑制直流电流源回路中的电流变化；

风机变流器由电力电子器件、电容、电感、电阻或其组合构成，风机变流器与风机变流器控制系统协同工作，用于控制风力发电机发出的功率，同时向直流电流源回路输送电能。

本发明中所提出的方法中，风机变流器的直流电流源回路侧输出的电压可以叠加起来，在直流电流源回路中形成高电压，该高电压的形成便是能量的汇集过程。

并网变流器与并网变流器控制系统根据输送到电网中的功率大小来调整直流电流回路中的电流大小，其目的在于，当输送到电网中的功率减小(或增大)时，使并网变流器和风机变流器的直流电流源回路侧输出的电压保持较高，直流电流源回路中的电流减小(或增大)。