[发明专利]混合型海上风电双极柔直输电系统功率协调控制方法

说明书

本发明公开了一种混合型海上风电双极柔直输电系统功率协调控制方法。针对送端负极换流器采用二极管整流器的混合型海上风电双极柔性直流输电系统，本方法通过调节受端负极MMC直流母线电压实现有功功率在双极之间的灵活分配。与已有方法相比，本发明所提方案能够协调双极之间的功率分配，维持海上交流电网的稳定运行，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种混合型海上风电双极柔直输电系统功率协调控制方法。

背景技术

随着柔性直流输电系统的电压等级和输电容量逐渐增大，双极柔性直流输电系统凭借其高灵活性和可靠性的特点，得到了越来越多的关注。基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流输电技术具有制造难度低，系统损耗低，波形质量高等优点，在远距离电能汇集和输送中有十分良好的应用前景。

然而，在大容量海上风电场双极柔直输电系统中，采用MMC拓扑结构的海上换流站的体积和重量较大，其建设与运输成本很高，不利于海上风电的平价上网。因此，探索海上换流站轻型化设计方法，提升双极直流输电方案的经济性是目前本领域重要的研究方向。

针对海上风电场单极直流输电系统，已有研究提出了一种海上换流站采用二极管换流器，陆上换流站采用MMC换流器的拓扑结构。当采用这种拓扑时，海上换流器无法为海上风电场提供启动电源，也无法维持海上交流电网的稳定，还需要额外为风电场提供启动电源。针对这一问题，目前主要提出了以下几种解决方案：一是通过一条额外的交流海缆连接至陆上；二是在海上换流站直流侧并联一个辅助变换器；三是通过加装储能设备提供启动电源。以上三种方案所产生的额外成本仍然较高，因此目前在实际工程中尚无应用。

当海上换流站采用双极拓扑时，采用二极管整流装置替换部分MMC整流装置可以显著降低海上换流平台的重量和成本。公开号为CN113472001A的中国专利申请公开了一种海上风电送端混合双极直流输电系统，但该文献仅给出了系统的整体构架及控制目标，并没有给出具体的换流器拓扑和不同换流器控制策略的实现方式，且其没有考虑双极系统的极间功率协调控制方法，无法保证系统运行过程中双极之间功率的均衡分配和灵活调节。目前，对于海上风电双极直流输电系统采用二极管方案的功率协调控制策略还鲜有研究，亟需提出一种混合型海上风电双极柔直输电系统功率协调控制方法，在保障系统的安全稳定运行的条件下，优化工程建设成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有混合型海上风电双极柔性直流输电系统无法实现双极之间功率的均衡分配和灵活调节的问题，提供一种混合型海上风电双极柔直输电系统功率协调控制方法。

为了实现上述发明目的，本方法采取如下技术方案：

混合型海上风电双极柔直输电系统功率协调控制方法，所述混合型海上风电双极柔直输电系统拓扑包括：送端正极MMC换流器、送端负极二极管换流器、受端正极MMC换流器和受端负极MMC换流器；所述送端正极MMC换流器和送端负极二极管换流器的交流侧并联接入海上风电场交流电网；所述受端正极MMC换流器和受端负极MMC换流器的交流侧并联接入陆上交流电网；所述送端正极MMC换流器的直流侧通过正极海缆和中性线海缆与受端正极MMC换流器的直流侧相连；所述送端负极二极管换流器的直流侧通过负极海缆和中性线海缆与受端负极MMC换流器的直流侧相连；其特征在于，

所述功率协调控制方法所采用的控制系统包括：送端正极MMC换流器控制系统，受端正极MMC换流器控制系统和受端负极MMC换流器控制系统；

所述送端正极MMC换流器控制系统，采用交流电网电压和频率控制外环、电流控制内环，控制目标为维持海上交流电网电压的稳定；

所述受端正极MMC换流器控制系统，采用直流母线电压和无功功率控制外环、电流控制内环，控制目标为维持正极直流母线电压为额定值；