[發明專利]海上風電經柔性直流輸電并網系統的動模裝置

有效

• 申請號: 201110308466.4
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN102427245A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 于大洋;任敬國;郭啟偉;楊福;孫東磊;黃海麗
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭華清

技術領域

本發明涉及電氣行業，尤其涉及用于風電與儲能裝置聯合運行研究的一種海上風電經柔性直流輸電并網系統的動模裝置。

背景技術

近年來，世界各國競相加大對風能資源的利用。由于海上風電具有不占用寶貴的土地資源、受地形地貌影響小、風能資源豐富以及單機容量大等特點，大規模近海風電場的開發已成為國際上風能利用的大趨勢。使用柔性直流輸電并網，可以克服海底交流電纜距離的限制從而實現遠距離海上風電并網；柔性直流輸電并網可以緩解由于風電場輸出功率波動而引起的電壓波動問題，改善電能質量；在交流系統發生短路故障時，柔性直流輸電系統能夠隔離故障，保證風電場的穩定運行；在交流系統出現嚴重故障情況下，海上風電場可以通過柔性直流輸電系統提供“黑啟動”的能力。因此，柔性直流輸電系統作為海上風電并網的最佳方式，受到了廣泛的關注和研究，具有極好的應用前景。

為了便于實驗室研究和工業設計開發，急切地需要建立一套適用于海上風電經柔性直流輸電并網系統的動模裝置。專利號為200710121295.8的中國專利：“基于有源型電壓源直流輸電的風電并網功率穩定器”，公開了一種基于有源型電壓源直流輸電的風電并網功率穩定器，該專利給出了一種利用儲能裝置和換流器的無功功率能力來改善風電并網穩定性的控制器設計。專利號為200810038541.8的中國專利：“海上風電柔性直流輸電變流器控制系統”，給出了一種風力發電中電力傳輸技術領域的海上風電柔性直流輸電變流器的控制系統，這種控制系統采用雙環控制器實現變流器的有功與無功解耦控制。以上專利及現有技術存在的缺陷是：

1.200710121295.8中國專利僅給出了一種利用儲能裝置和換流器的無功功率能力來改善風電并網穩定性的控制器設計。200810038541.8中國專利僅給出了一種風力發電中電力傳輸技術領域的海上風電柔性直流輸電變流器采用雙環控制器實現變流器的有功與無功解耦控制的控制系統，且該控制系統存在的缺點是海上送端換流器的有功功率控制器難以滿足風電場與換流器的有功功率平衡。

2.沒有涉及對動模裝置的主電路設計和控制系統的電路設計。

發明內容

本發明的目的就是為解決上述問題，提供一種海上風電經柔性直流輸電并網系統的動模裝置，為海上風電經柔性直流輸電并網系統的主電路設計、動態響應特性分析、控制策略設計和控制系統設計以及風電與儲能聯合運行提供一個可靠、方便的研究平臺，為系統工程開發和調試提供一個良好的測試環境。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種海上風電經柔性直流輸電并網系統的動模裝置，包括主電路系統和控制保護系統；所述主電路系統包括海上風電機組模擬裝置、柔性直流輸電系統、儲能系統和動模電網等；所述柔性直流輸電系統通過固態開關分別與海上風電場模擬裝置、交流母線連接；所述柔性直流輸電系統包括偶數個結構單元組成，所述每個結構單元包括換流變壓器、電抗器、電壓源型換流器、直流電容器、接地電路、直流線路、固態開關、電壓和電流互感器元件等；所述控制保護系統裝置包括后臺計算機、微控制器系統和數據采集卡系統；所述后臺計算機設有監控軟件，所述監控軟件包括監測模塊、控制模塊、錄波與分析模塊和人機接口模塊；所述監控軟件通過網口或現場總線與微控制器進行通信，通過數據采集卡系統實現對系統運行狀態的實時監控；所述微控制器通過數據采集電路采集相應的模擬量信息，通過半導體開關器件監控電路完成開關器件的監測與控制，通過固態開關監控電路完成固態開關的監測與控制。

所述海上風電場模擬裝置采用一臺或幾臺模擬風電機組，所述模擬風電機組裝置可以采用普通異步風電機組、雙饋感應異步風電機組或永磁直驅同步風電機組中的一種或幾種，原動機采用直流調速機模擬，風電場出口接柔性直流輸電系統的換流變壓器低壓側母線。

所述換流變壓器可以采用三相交流變壓器或者三個單相交流變壓器，所述換流器采用兩電平、三電平或多電平結構，所述換流器的觸發方式采用脈寬調制技術PWM，三相電壓參考信號的產生方法采用基于電壓幅值和相角的間接電流控制方法或者是基于同步旋轉坐標系統解耦的直流電流控制方法。

所述網側換流器所連接的換流變壓器電網側交流母線為動模電網的一條交流母線，所述交流母線與動模實驗室內的無窮大電源、發電機及其變壓器、線路、靜態負荷以及電動機負荷相連。

所述半導體開關器件選擇IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、IGCT(集成門極換流晶閘管)、MOSFET(金屬-氧化層-半導體-場效晶體管，簡稱金氧半場效晶體管)或GTO(門極可關斷晶閘管)。