[发明专利]基于串联型混合换流站的海上风电系统及其启动控制方法

说明书

本发明提供了基于串联型混合换流站的海上风电系统及其启动控制方法，包括岸上换流站，一个或多个海上换流站和一个或多个子风电场；岸上换流站的直流侧与一个或多个海上换流站的直流侧串联连接，海上换流站的交流侧与子风电场相连；其中，海上换流站由二极管整流器，高电位变流器，无功补偿设备和高通滤波器构成，其中二极管整流器用于将功率从交流侧传输到直流侧，高电位变流器用于提供子风电场的启动功率，并补偿无功功率；无功补偿设备和高通滤波器用于补偿无功功率，并滤除二极管整流器产生的谐波电流；该方案大幅减小了高电位的设备，从而减小了海上换流站的体积，重量和成本。

技术领域

本发明涉及海上风电领域，更具体涉及一种基于串联型混合换流站的海上风电系统及其启动控制方法。

背景技术

随着全球气候变暖，二氧化碳排放量持续增加以及传统化石能源的逐渐枯竭，人们对可再生能源的关注越来越多，而陆上的太阳能与风能的开发技术已经相对成熟，并已经大规模开发，而海上风电场由于离岸较远，其建设与维护就非常困难，对于离岸较远的海上风力发电场，直流传输成为唯一可供选择的电能传输方案。

目前，已经有多篇文献针对直流侧串联的海上风电场进行了研究，直流侧串联的海上风电场汇集与传输系统采用变流器的直流侧串联，得到一个高电压，用于海上风电场的汇集和传输。现有的基于直流输电的海上风电系统，采用高压大容量的MMC将交流变成直流，由于MMC的体积，重量很大，造成海上换流站的成本很高，重量很大，不利于海上换流站的运输和安装。远海风电场的建设由近海向远海的发展已成为未来趋势，而目前国内外对于在远海开发海上风电的研究尚还处于起步阶段。

新能源的研究发现，全球海上风能资源远大于陆地风能资源，以中国为例，中国海上可开采的风能资源为7.5亿千瓦，大约是陆地风电的三倍；而且海上风电离沿海负荷中心很近，没有远距离传输的问题，更容易消纳。因此，随着能源枯竭的危机，开发丰富的海上风能资源将成为下一个迅速发展的能源市场，而海上风电设备也将会迎来爆发式的增长。目前，高昂的建造成本，高故障率以及高昂的维护成本是海上风电发展的重要制约因素，但是，随着技术的发展，以及示范工程的稳步推进，海上风电的成本在逐年降低。

因此，如何降低海上换流站的体积，重量和成本变成了目前急需解决的问题。本发明大幅降低了高电位处的设备数量和体积，从而使海上换流站的体积，重量和成本大幅降低；通过设置按序启动，而在系统中的多个设备在相对稳定的状况下在做系统电缆的逐步接通，使得子风电场能够在处于常开状态的同时，避免电流对系统中昂贵部件的逐日损耗或者可能发生的瞬间损耗，从而提高了设备的使用寿命。从而进一步降低了安装与运行维护难度，使得海上风电场的大规模开发与建设成为可能。通过设置按序启动，而在系统中的多个设备在相对稳定的状况下在做系统电缆的逐步接通，使得子风电场能够在处于常开状态的同时，避免电流对系统中昂贵部件的逐日损耗或者可能发生的瞬间损耗，从而提高了设备的使用寿命。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提出了一种基于串联型混合换流站的海上风电系统及其启动控制方法。

第一方面，提供一种基于串联型混合换流站的海上风电系统，所述一种基于串联型混合换流站的海上风电系统包括：岸上换流站，一个或多个海上换流站和一个或多个子风电场；

所述的岸上换流站的直流侧、一个或多个海上换流站的直流侧用直流电缆串联连接，子风电场与海上换流站的交流侧用交流电缆连接。

进一步的，所述的海上换流站包含二极管整流器、高电位变流器，高通滤波器(HPF)，无功补偿设备(SVG)；

所述的二极管整流器的交流侧和所述的高电位变流器的交流侧相连，作为海上换流站的交流侧，所述的无功补偿设备和所述的高通滤波器接入所述的二极管整流器的交流侧；

所述的二极管整流器的正极作为海上换流站的正极，所述的高电位变流器的直流侧正极作为海上换流站的负极，所述的二极管整流器的直流侧负极与所述的高电位变流器的直流侧负极相连；