CN109873441A - 一种具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出*** - Google Patents

一种具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***，包括若干个并列设置的海上风电场，海上风电场送出的电能经过送端换流站和受端换流站送入交流电网；所述的送端换流站或受端换流站的内部集成有分布式直流耗能装置；当风电柔性直流送出***发生受端交流故障，直流侧***电压升高，投入一定数量的耗能电阻，通过耗能电阻消耗盈余功率，维持***短时稳定，待故障恢复后，退出对应耗能电阻，完成***的故障穿越。本发明通过将耗能组件平均分配到大量子模块中，能够实现盈余功率的精确匹配，大幅减小了耗能装置投切过程的电气量波动，避免了***故障停运，实现了故障穿越。

Description

一种具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***
技术领域
本发明属于直流输配电领域，为一种具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***。
背景技术
柔性直流输电***相对于常规的直流输电***，可以在不改变电压极性的情况下通过反转电流方向实现潮流反转，具有较高可靠性的柔性直流输电和柔性直流电网***，最显著的特点在于能实现多电源供电和多落点受电，为电力***提供一种更灵活、快捷的输电方式。
大容量、远距离的风电场、光伏电站等新能源发电***，适合通过柔性直流输电方式进行能量送出，具备***稳定、运行方式灵活，有功无功独立控制等诸多有点。同时，海上风电的柔性直流送出也是业界的研究热点。通过柔性直流输电传输风电场的电能，风电场一端的柔性直流换流阀采用定交流电压控制方式，为风电场提供稳定的交流电压。因此，该换流站不能控制传输功率，传输功率由风电场发电功率决定。若受端换流站发生故障时，不能继续接受功率，输电***不能直接限制送端功率，便造成送受端功率不平衡，导致直流电压升高，引起直流过压保护。由于未解决短时的功率盈余问题，有必要引入耗能装置，将不平衡功率消耗掉。公布号为“CN108767890A”，名称为“具有耗能直流斩波器的海上风电柔性直流输电***及其故障穿越方法”的中国发明专利申请，给出了一种集中式直流耗能装置方案。公布号为“CN107834588A”，名称为“一种换流器耗能装置控制方法及***”的中国发明专利申请，给出了一种集中式直流耗能装置方案。但上述方案在投切耗能装置过程中，会造成很大的功率波动，容易造成过压过流故障，对设备安全及***稳定性造成一定影响。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***，解决风电柔性直流送出***中的功率盈余问题，适用范围广泛。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括若干个并列设置的海上风电场，海上风电场送出的电能经过送端换流站和受端换流站送入交流电网；所述的送端换流站或受端换流站的内部集成有分布式直流耗能装置，分布式直流耗能装置包括设置在柔性直流输电***每个子模块内部的耗能组件，柔性直流输电***所需的耗能功率平均分配到每个子模块中，每个耗能组件由开关器件与耗能电阻串联构成，当***发生受端交流故障时，通过开关器件控制耗能电阻投入，耗能电阻消耗盈余功率，当故障恢复后通过开关器件控制耗能电阻退出。
所述的送端换流站为海上换流站，受端换流站为陆上换流站，送端换流站与受端换流站之间通过电缆连接，所述的电缆采用直流海缆或者架空线。
所述的送端换流站内部设置有换流阀，所述的换流阀当中包含子模块和桥臂电抗器，换流阀的交流侧通过联接变压器以及电缆与风电场相连。
所述的受端换流站内部设置有换流阀，所述的换流阀当中包含子模块和桥臂电抗器，换流阀的交流侧通过联接变压器、软启动装置以及电缆与交流电网相连。
所述的耗能组件并联在柔性直流输电***子模块电容的两端。
所述的开关器件采用全控型电力电子器件。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：当风电柔性直流送出***发生受端交流故障时，直流侧***电压升高，此时投入一定数量的耗能电阻，通过耗能电阻消耗盈余功率，维持***短时稳定，待故障恢复后，退出对应耗能电阻，完成***的故障穿越。本发明解决了风电柔性直流送出***受端交流故障造成的短时有功功率送出受阻，进而引起的直流***电压升高的问题，避免了***故障停运，实现了故障穿越。本发明将耗能组件平均分配到大量子模块中，能够实现盈余功率的精确匹配，大幅减小了耗能装置投切过程的电气量波动。
附图说明
图1本发明具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***图；
图2本发明配置耗能组件的换流阀子模块拓扑图；
附图中：1-送端换流站；2-受端换流站；3-电缆；4-交流电网；5-耗能组件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***，包括风电场、送端换流站1和受端换流站2，送端换流站1或受端换流站2内部集成分布式直流耗能装置。海上风电场送出电能依次经过送端换流站1、电缆3、受端换流站2送入交流电网4。
直流输电***可以采用对称单极接线方式，也可以采用对称双极接线方式。本发明送端换流站的站内布置有联接变压器、换流阀和桥臂电抗器等。受端换流站的站内布置有联接变压器、换流阀、桥臂电抗器和软启动装置等。分布式直流耗能装置能够应用于模块化多电平换流器(MMC)中。分布式直流耗能装置集成于换流阀内部，在每个子模块内部增加一个耗能组件5，将柔性直流输电***所需要的耗能功率平均分配到每个子模块中。每个耗能组件5由开关器件T3与耗能电阻R2串联构成，耗能组件5可以直接并联在子模块电容C的两端。
参见图2，本发明配置耗能组件的换流阀子模块中，IGBT元件T1、T2和电容C构成了基础的半桥子模块，而IGBT元件T3和电阻R2构成了耗能组件。R1为子模块原有的放电电阻(亦称均压电阻)，R2为子模块耗能组件的耗能电阻，T3为子模块耗能组件的开关器件。
当风电柔性直流送出***发生受端交流故障，直流侧***电压升高，此时，可以投入一定数量的耗能电阻，通过耗能电阻消耗盈余功率，维持***短时稳定。
待故障恢复后，退出对应耗能电阻，完成***的故障穿越。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***，其特征在于：包括若干个并列设置的海上风电场，海上风电场送出的电能经过送端换流站(1)和受端换流站(2)送入交流电网(4)；所述的送端换流站(1)或受端换流站(2)的内部集成有分布式直流耗能装置，分布式直流耗能装置包括设置在柔性直流输电***每个子模块内部的耗能组件(5)，柔性直流输电***所需的耗能功率平均分配到每个子模块中，每个耗能组件(5)由开关器件与耗能电阻串联构成，当***发生受端交流故障时，通过开关器件控制耗能电阻投入，耗能电阻消耗盈余功率，当故障恢复后通过开关器件控制耗能电阻退出。
2.根据权利要求1所述具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***，其特征在于：所述的送端换流站(1)为海上换流站，受端换流站(2)为陆上换流站，送端换流站(1)与受端换流站(2)之间通过电缆(3)连接，所述的电缆采用直流海缆或者架空线。
3.根据权利要求1所述具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***，其特征在于：所述的送端换流站(1)内部设置有换流阀，所述的换流阀当中包含子模块和桥臂电抗器，换流阀的交流侧通过联接变压器以及电缆(3)与风电场相连。
4.根据权利要求1所述具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***，其特征在于：所述的受端换流站(2)内部设置有换流阀，所述的换流阀当中包含子模块和桥臂电抗器，换流阀的交流侧通过联接变压器、软启动装置以及电缆(3)与交流电网(4)相连。
5.根据权利要求1所述具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***，其特征在于：所述的耗能组件(5)并联在柔性直流输电***子模块电容的两端。
6.根据权利要求1所述具有分布式直流耗能装置的风电柔性直流送出***，其特征在于：所述的开关器件采用全控型电力电子器件。
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