一种适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构及其控制方法

本发明涉及不可控混合整流送出风机启动，尤其涉及一种适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构及其控制方法。

背景技术：

1、随着海上风电项目的持续扩展，特别是向深远海域的发展，以模块化多电平换流器(mmc)为基础的柔直送电技术(vsc-hvdc)，因其技术优势，正逐步成为中远程海上风电送出的首选方案。但是，mmc-hvdc柔直送电技术需要在海面上建立体积庞大的换流平台，其安装和维护的难度较大，且初期投资成本高昂。在实现海上风电平价上网的背景下，如何实现海上风电的经济、可靠输送，已经成为当前海上风电产业亟待解决的核心问题。

2、众多科研机构和学者们已经提出了多种替代性的输电方案，这些方案涵盖了低频输电技术、中频输电技术，以及在送电端使用二极管整流器(dru)的直流输电方案等。特别是送端采用dru的直流输电方案，因其显著的经济效益而受到了广泛的关注。然而，由于不可控整流器无法实现有功功率的反向传输，且不能构建交流电网，这限制了海上风电场进行黑启动以及同步并网发电的能力。

3、构网型风场，采用送端二极管整流器(dru)和受端模块化多电平换流器(mmc)的输电方式。该方案要求风场的风力发电机按照构网(grid-forming,gfm)模式运行，并且在dru的交流侧配备无源滤波器。此外，通过利用柴油发电机或储能系统为风力发电机提供黑启动电源，以增强系统的可靠性和稳定性。

4、针对跟网(grid-following,gfl)型风电场，常规的方案在送端站使用送端二极管整流器(dru)并联小容量高变比辅助换流器，但辅助换流器的电路拓扑复杂，工作原理涉及回路谐振，控制难度较大。因此另有方案采用dru和mmc并联的混合直流送出系统，但该方案要求dru和mmc的直流侧电压相等，导致mmc子模块数量庞大，严重影响了dru带来的经济效益。

5、现有的dru送出方案主要分为两大类：一类专注于构网型风电场，其核心在于构网型风电场的控制以及黑启动策略；另一类则针对跟网型风电场，关键在于如何通过小容量辅助换流器实现海上风电场的黑启动、构建和调控海上交流电网、实现无功平衡和抑制谐波电流。目前，第一类方案在大规模工程应用方面还面临一些挑战，而第二类方案在适应未来构网型风电场时，可能需要重新设计主回路结构和系统控制架构。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明提供了一种适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构及其控制方法，能够解决背景技术中提到的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

5、第一方面，本发明提供了一种适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构，包括：并联风机组、混合整流器、直流汇集母线、直流升压变压器以及高压hvdc线路；

6、所述混合整流器至少包括不可控整流单元以及双向辅助器单元。

7、作为本发明所述的适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构的一种优选方案，其中：还包括：

8、所述并联风机组通过交流母线与所述混合整流器电连接，所述并联风机组用于将深远海风能转化为电能，并通过交流母线将转化后的电能传输至所述混合整流器，所述电能通过交流电形式传输；

9、所述并联风机组至少包括一个风机；

10、所述并联风机组的输出为交流电。

11、作为本发明所述的适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构的一种优选方案，其中：还包括：

12、所述混合整流器通过海底电缆与所述直流汇集母线电连接，所述混合整流器用于将所述并联风机组传输至的交流电整流为直流电，并通过海底电缆汇集至所述直流汇集母线上；

13、所述直流汇集母线用于将接收到的直流电汇流，并传输至所述直流升压变压器中，所述直流升压变压器与所述直流汇集母线电连接，用于将汇流后的直流电进行升压；

14、所述高压hvdc线路与所述直流升压变压器电连接，用于将升压后的直流电进行传输。

15、作为本发明所述的适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构的一种优选方案，其中：还包括：

16、所述混合整流器还用于响应黑启动指令，进行黑启动操作，并控制不可控整流单元以及双向辅助器单元完成无功支撑、有功支撑、直流稳压不可控整流送出三阶段运行模式切换操作。

17、作为本发明所述的适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构的一种优选方案，其中：还包括：

18、所述双向辅助器单元响应于运行模式切换进行不同辅助操作。

19、第二方面，本发明提供了一种应用适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构的控制方法，控制方法包括：

20、当获取到海上风机黑启动指令后，所述直流升压变压器控制并降低高压hvdc线路的电压，降压至所述双向辅助器单元的直流汇集母线电压额定值，此时所述双向辅助器单元工作在无功调频/调压双模式下，为交流母线充入无功电流，直至达到交流母线的额定电流，完成黑启动指令下的交流母线充电工作；

21、当所述并联风机组按照启动逻辑从交流母线上获取额定的无功电压时，风机转子转动，完成海上风机黑启动。

22、作为本发明所述的适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构的控制方法的一种优选方案，其中：所述当所述并联风机组按照启动逻辑从交流母线上获取额定的无功电压时，风机转子转动，完成海上风机黑启动包括：

23、将所述并联风机组中风机记作fj1、fj2、...、fjn，且vfj1＞vfj2＞...＞vfjn，其中，vfjn表示风机n对应的风速；

24、当fj1从交流母线上获取额定的无功电压时，fj1的风机转子转动，并输出保持交流母线电压稳定的支撑无功量，并在无功支撑模式下按照风速顺序逐步启动其他风机。

25、作为本发明所述的适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构的控制方法的一种优选方案，其中：还包括：

26、当已启动风机的额定容量大于未启动风机的额定容量时，所述双向辅助器单元退出无功支撑模式，且所述双向辅助器单元开启有功通道，所述并联风机组按照启动逻辑逐步增加每台风机有功输出。

27、作为本发明所述的适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构的控制方法的一种优选方案，其中：还包括：

28、当风机的总有功输出等于所述双向辅助器单元的额定容量时，所述双向辅助器单元逆向辅助功率送出，且准备通过不可控整流单元送出。

29、作为本发明所述的适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构的控制方法的一种优选方案，其中：还包括：

30、当进入直流稳压不可控整流送出模式时，风电机组通过不可控整流单元送出功率，并保持汇流交流母线稳定运行，风电机组输出功率增加，交流母线电压保持稳定，不可控整流单元电压稳定，所述双向辅助器单元通过协调控制对交直流汇集母线电压进行稳定辅助控制，保证不可控整流单元送出在目标阈值内。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提出一种适用于直流汇流方式的不可控混合整流送出风机启动结构及其控制方法，本发明提出了适用于不可控混合整流送出的海上风电风机启动控制方法，混合整流的拓扑由不可控整流单元和双向辅助器单元组成，两者在交流侧单端并联，形成了混合换流器，为了实现海上风电场的黑启动，利用m3c直流升压变压器将高压hvdc线路的电压降低，以便为不可控混合整流提供一个低压回路，从岸上交流电网向海上风电场传输黑启动能量。当风电场开始向外输出有功功率时，该拓扑电路则利用dru、高压直流线路hvdc和主换流器mmc构成高压回路，将有功功率从海上风电场传输到岸上交流电网。