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【专题论文】海上风电经DR-MMC并联混合直流送出系统启动及协调控制策略

海上风电经 DR-MMC 并联混合

直流送出系统启动及协调控制策略


程帆 1,2,姚良忠 2*,谢立军 1,梁帅 2

徐业琰 2,李琰 1,王志冰 1

( 1. 中国电力科学研究院有限公司;2. 武汉大学电气与自动化学院)


本文受国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(51861135312)资助。

文章导读

目前的海上风电直流送出工程多基于模块化多电平换流器(MMC)方案,具备无源运行能力;而SIEMENS公司推出的不控二极管整流(DR)方案则具备体积小、成本低的优势,但需要海上风电场提供交流电压支撑。本文构建的混合直流送端通过MMC和DR并联实现了二者优势的结合,并给出了并联混合送出系统的启动策略。在交直流系统简化模型的基础上分析了送端MMC和DR之间有功功率分配机理,以及有功倒送现象的产生原因。在此基础上,利用基于有功-电压下垂的协调控制策略,实现了风功率变化下MMC送出功率的控制。

文章亮点

1)提出了MMC和DR并联构成送端的混合直流拓扑;

2)给出了混合直流系统全过程启动策略,且无需修改风电机组的控制策略和额外黑启动电源;

3)分析海上风场送端风功率变化导致的有功功率倒送现象的产生机理,利用送端MMC调整交流电压实现有功功率合理分配。

主要内容

研究的混合直流系统如图1所示,风电机组考虑66 kV汇集方式,从而近一步减小海上平台的空间需求。DR采用基于移相变压器的24脉动方案,从而进一步减少海上平台的滤波器和无功补偿需求。

图1 海上风电DR-MMC并联直流送出拓扑

DR-MMC并联送出系统的启动策略首先通过岸上柔直换流站建立直流电压,结合海上柔直站的无源启动能力实现部分机组并网,从而带动DR启动并实现剩余机组并网,详细过程如图2所示。

图2 DR-MMC海上风电送出系统启动策略

在海上风电场功率送出较大时,如果维持交流侧母线电压恒定,此时DR出口侧直流电压近乎不变。考虑到输送有功的上升会导致海上MMC直流侧出口电压上升,此时DR送出功率下降,由MMC传输大部分有功功率。通过MMC控制交流侧电压的方式协调送端DR和MMC有功输出,可降低运行损耗并避免出现送端MMC有功功率倒送的情况。

图3 DR-MMC海上风电送出系统简化分析图

岸上MMC建立直流电压后,海上MMC站运行在无源模式,建立风电场交流电压,DR开始送出少量功率,部分风电机组开始并网送出功率;输出功率稳定后,剩余部分机组并网启动送出功率。

图4混合送出系统直流电流及功率输出

采用本文策略后,送端MMC有功功率输出处于较低水平,未出现倒送功率的情况。同时在风电输送功率变化时,MMC功率运行变化范围相对较小,证明了策略的有效性和优越性。

图5  原有无源策略与本文策略仿真结果对比


本文引文信息

程帆,姚良忠,谢立军,等. 海上风电经DR-MMC并联混合直流送出系统启动及协调控制策略[J]. 全球能源互联网,2020,3(2):117-124.


CHENG Fan, YAO Liangzhong, XIE Lijun, et al. Start-up and coordinated control strategies for offshore wind power transmitted by DR-MMC parallel hybrid HVDC system[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(2): 117-124(in Chinese).

作者简介


程帆


博士研究生


研究方向为新能源直流送出系统运行保护与控制

E-mail:

chengfan5566@163.com



姚良忠


教授,博士生导师


研究方向为新能源发电与并网、直流电网技术。通信作者

E-mail:

yaoliangzhong@whu.edu.cn



谢立军


博士研究生


研究方向为新能源并网及直流送出技术

E-mail:

liju-xie@163.com



梁帅


博士研究生


研究方向为新能源直流送出系统运行与控制

E-mail:

liangshuai@whu.edu.cn



徐业琰


博士研究生


研究方向为电力系统运行与控制、需求响应

E-mail:

yeyanxu@whu.edu.cn


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编辑:张宇

审核:白恺