[发明专利]混合型海上风场直流换流器

说明书

本发明混合型海上风场直流换流器，包括：二极管整流器，二极管整流器的交流侧连接至风场内网，二极管整流器的直流侧连接至高压直流；辅助换流器，辅助换流器分别与风场内网及高压直流连接；其中辅助换流器包括：模块化多电平变换器，模块化多电平变换器的交流侧经变压器连接至风场内网；子模块串，子模块串的一端连接至模块化多电平变换器，另一端连接至高压直流输电线路；滤波电路，子模块串的另一端经过滤波电路连接至高压直流输电线路。本发明具有如下的有益效果：与完整电压等级的MMC换流器相比，本发明可以大幅减少子模块与IGBT数量，减少了系统成本。能够在风场启动阶段主动建立风场内网电压，提供风风场的启动功率，实现风场的黑启动。

技术领域

本发明属于电力系统中柔性直流输电、电力电子技术领域，涉及一种应用于海上风场直流输电的换流器拓扑，特别是一种混合型海上风场直流换流器。

背景技术

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。但随着电压等级的提高，MMC的子模块数量大幅增加，对于电压等级为几百千伏的直流输电系统，MMC换流器需要由上千个子模块组建，控制系统非常复杂，并且换流器的体积与重量比较庞大，换流器制造成本较高。对于海上风场的直流输电应用，海上平台建设成本高昂，进一步提高了系统成本。

二极管整流器成本低，无需控制系统，可以大幅减小换流器的成本、体积与重量，但采用二极管整流器面临很大的技术挑战。首先，二极管整流器无法主动建立风场内网的电压，常规风力发电变流器的控制策略将无法适用；其次，风电机组需要消耗电能，二极管整流器不具备逆变功能，不能满足风场黑启动要求；另外，二极管整流器会产生较大的电流谐波，并且无法为风场提供无功支撑。

现有文献1，作者：徐政，薛英林，张哲任.《大容量架空线柔性直流输电关键技术及前景展望[J]》.中国电机工程学报，2014，34(29)：5051-5062，该技术采用了全部为MMC换流器的方案，该方案需要较多的模块数量、IGBT器件，因此系统成本较高。

现有文献2，作者：Ramon B，Salvador A，Johel R，et al.《Distributed Voltageand Frequency Control of offshore Wind Farms Connected with a Diode-BasedHVDC Link[J]》.IEEE Transactions on Power Electronics，2010，25(12)：2095-3105.该技术采用了二极管整流器的方案，由于二极管整流器无法主动建立风场内网的电压，因此需要设计特殊的风力发电变流器控制策略。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够满足风场黑启动要求，能够补偿电流谐波，对风场提供无功补偿且系统成本低的混合型海上风场直流换流器。

为了解决上述技术问题，本发明混合型海上风场直流换流器，包括：二极管整流器，所述二极管整流器的交流侧连接至风场内网，所述二极管整流器的直流侧连接至高压直流；辅助换流器，所述辅助换流器分别与风场内网及高压直流连接；其中所述辅助换流器包括：模块化多电平变换器，所述模块化多电平变换器的交流侧经变压器连接至风场内网；子模块串，所述子模块串的一端连接至所述模块化多电平变换器，另一端连接至高压直流输电线路；滤波电路，所述子模块串的另一端经过所述滤波电路连接至高压直流输电线路。

优选地，所述滤波电路包括滤波电感和滤波电容；其中所述子模块串的另一端经过所述滤波电感连接至高压直流输电线路；所述滤波电容连接在所述模块化多电平变换器的输入端正极与输入端负极之间。

优选地，所述模块化多电平变换器由半桥子模块构成。