一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲的製作方法
2023-05-16 06:40:11 4
本發明涉及風電場領域，尤其涉及一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲。
背景技術：
現有的柔性直流輸電換流器採用的拓撲有兩種，一種是模塊化多電平三相橋，一種是igbt串聯的三相橋。前者輸出波形正弦度高，無需另設濾波器，但換流器需要的元件較多，控制較複雜；後者輸出波形正弦度不如前者，需要另設濾波器，但換流器所需元件較少，結構緊湊，控制相對簡單。雖然元器件價格已經下降很多，但是採用這兩種拓撲的換流器，造價仍明顯高於基於晶閘管的高壓直流輸電，限制了柔性直流輸電在風電領域的推廣應用。
因此，提供一種新的柔性直流輸電換流器拓撲來滿足人們的需求為本領域技術人員需要解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明實施例提供了一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲，該換流器用於±160kv直流輸電系統中，適合多風電場接入，具有控制簡單、造價成本較低的優點。
本發明實施例提供了一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲，包括：
第一逆變單元子模塊、第二逆變單元子模塊、第三逆變單元子模塊、第四逆變單元子模塊、第一整流單元子模塊、第二整流單元子模塊、第三整流單元子模塊、第四整流單元子模塊、第一變壓器、第二變壓器、+160kv直流線路和-160kv直流線路；
所述第一逆變單元子模塊、所述第二逆變單元子模塊、所述第三逆變單元子模塊、所述第四逆變單元子模塊均通過所述變壓器和電網連接；
所述第一整流單元子模塊、所述第二整流單元子模塊、所述第三整流單元子模塊、所述第四整流單元子模塊通過所述變壓器和風電場母線連接；
所述第一逆變單元子模塊和所述+160kv直流線路連接；
所述第四逆變單元子模塊和所述-160kv直流線路連接；
所述第二逆變單元子模塊、所述第三逆變單元子模塊和大地連接。
所述第一整流單元子模塊和所述+160kv直流線路連接；
所述第四整流單元子模塊和所述-160kv直流線路連接；
所述第二整流單元子模塊、所述第三整流單元子模塊和大地連接。
優選地，所述第一逆變單元子模塊包括四個第一可控三相逆變橋；
四個所述第一可控三相逆變橋的交流側與所述第一變壓器的10kv側連接；
四個所述第一可控三相逆變橋的直流側的20kv電容依次串聯與所述+160kv直流線路連接；
所述第四逆變單元子模塊包括四個第四可控三相逆變橋；
四個所述第四可控三相逆變橋的交流側與所述第一變壓器的10kv側連接；
四個所述第四可控三相逆變橋的直流側的20kv電容依次串聯與所述-160kv直流線路連接。
優選地，所述第二逆變單元子模塊包括四個第二可控三相逆變橋；
四個所述第二可控三相逆變橋的交流側與所述第一變壓器的10kv側連接；
四個所述第二可控三相逆變橋的直流側的20kv電容依次串聯與所述大地連接；
所述第三逆變單元子模塊包括四個第三可控三相逆變橋；
四個所述第三可控三相逆變橋的交流側與所述第一變壓器的10kv側連接；
四個所述第三可控三相逆變橋的直流側的20kv電容依次串聯與所述大地連接；
優選地，所述第一整流單元子模塊包括八個所述第一三相不控整流橋；
八個所述第一三相不控整流橋的交流側與所述第二變壓器的10kv側連接；
八個所述第一三相不控整流橋的直流側的10kv電容依次串聯與所述+160kv直流線路連接；
所述第四整流單元子模塊包括八個所述第四三相不控整流橋；
八個所述第四三相不控整流橋的交流側與所述第二變壓器的10kv側連接；
八個所述第四三相不控整流橋的直流側的10kv電容依次串聯與所述-160kv直流線路連接。
優選地，所述第二整流單元子模塊包括八個所述第二三相不控整流橋；
八個所述第二三相不控整流橋的交流側與所述所述第二變壓器的10kv側連接；
八個所述第二三相不控整流橋的直流側的10kv電容依次串聯與所述大地連接；
所述第三整流單元子模塊包括八個所述第三三相不控整流橋；
八個所述第三三相不控整流橋的交流側與所述所述第二變壓器的10kv側連接；
八個所述第三三相不控整流橋的直流側的10kv電容依次串聯與所述大地連接。
優選地，所述第一變壓器的35kv側與所述電網連接。
優選地，所述第二變壓器的35kv側與所述風電場母線連接。
優選地，所述第一逆變單元子模塊與所述第二逆變單元子模塊連接；
所述第二逆變單元子模塊與所述第三逆變單元子模塊連接；
所述第三逆變單元子模塊與所述第四逆變單元子模塊連接。
優選地，所述第一整流單元子模塊與所述第二整流單元子模塊連接；
所述第二整流單元子模塊與所述第三整流單元子模塊連接；
所述第三整流單元子模塊與所述第四整流單元子模塊連接。
從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點：
本發明實施例提供了一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲，包括：第一逆變單元子模塊、第二逆變單元子模塊、第三逆變單元子模塊、第四逆變單元子模塊、第一整流單元子模塊、第二整流單元子模塊、第三整流單元子模塊、第四整流單元子模塊、第一變壓器、第二變壓器、+160kv直流線路和-160kv直流線路；所述第一逆變單元子模塊、所述第二逆變單元子模塊、所述第三逆變單元子模塊、所述第四逆變單元子模塊均通過所述變壓器和電網連接；所述第一整流單元子模塊、所述第二整流單元子模塊、所述第三整流單元子模塊、所述第四整流單元子模塊通過所述變壓器和風電場母線連接；所述第一逆變單元子模塊和所述+160kv直流線路連接；所述第四逆變單元子模塊和所述-160kv直流線路連接；所述第二逆變單元子模塊、所述第三逆變單元子模塊和大地連接。所述第一整流單元子模塊和所述+160kv直流線路連接；所述第四整流單元子模塊和所述-160kv直流線路連接；所述第二整流單元子模塊、所述第三整流單元子模塊和大地連接。本發明實施例提供的一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲，該換流器用於±160kv直流輸電系統中，適合多風電場接入，具有控制簡單、造價成本較低的優點。
進一步地，本發明實施例在風電場側採用不控整流橋，顯著降低柔性直流系統的造價和控制的複雜性，有利於多風電場的接入，只要求風電場的母線電壓保持穩定即可，在電網側可對各逆變橋進行獨立控制，無需相互協調，降低控制的難度；本發明實施例在電磁兼容、高壓絕緣等問題無需逆變橋承擔，而轉由變壓器承擔，便於工程實現；本發明實施例中的三相橋逆變橋和不控整流橋結構簡單、技術成熟，可形成模塊化按標準生產，降低製造成本。整個換流器在設計時可冗餘設計，當一個模塊出現故障時及時切換至備用模塊，提高系統可靠性。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲的結構示意圖；
圖2為逆變單元子模塊的結構示意圖；
圖3為可控三相逆變橋的結構示意圖；
圖4為整流單元子模塊的結構示意圖；
圖5為不控三相整流橋的結構試圖；
圖6為逆變單元子模塊之間連接關係示意圖。
具體實施方式
本發明實施例提供了一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲，該換流器用於±160kv直流輸電系統中，適合多風電場接入，具有控制簡單、造價成本較低的優點。
為使得本發明的發明目的、特徵、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1，本發明實施例提供的一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲的一個實施例，包括：
第一逆變單元子模塊、第二逆變單元子模塊、第三逆變單元子模塊、第四逆變單元子模塊、第一整流單元子模塊、第二整流單元子模塊、第三整流單元子模塊、第四整流單元子模塊、第一變壓器、第二變壓器、+160kv直流線路和-160kv直流線路；
第一逆變單元子模塊、第二逆變單元子模塊、第三逆變單元子模塊、第四逆變單元子模塊均通過變壓器和電網連接；
第一整流單元子模塊、第二整流單元子模塊、第三整流單元子模塊、第四整流單元子模塊通過變壓器和風電場母線連接；
第一逆變單元子模塊和+160kv直流線路連接；
第四逆變單元子模塊和-160kv直流線路連接；
第二逆變單元子模塊、第三逆變單元子模塊和大地連接。
第一整流單元子模塊和+160kv直流線路連接；
第四整流單元子模塊和-160kv直流線路連接；
第二整流單元子模塊、第三整流單元子模塊和大地連接。
在本實施例中，第一逆變單元子模塊、第二逆變單元子模塊、第三逆變單元子模塊、第四逆變單元子模塊為相同的逆變單元子模塊，此處用第一、第二、第三和第四是為了突出第一逆變單元子模塊與其他三個逆變單元子模塊在本發明實施例中所處的位置(連接關係)、所起的功能有所區別。相同的，第一整流單元子模塊、第二整流單元子模塊、第三整流單元子模塊、第四整流單元子模塊也為相同的整流單元子模塊，第一變壓器、第二變壓器也為相同的變壓器。
本發明實施例提供了一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲，該換流器用於±160kv直流輸電系統中，適合多風電場接入，具有控制簡單、造價成本較低的優點。
請參閱圖1至圖6，本發明實施例提供的一種適用於多風電場接入併網的柔性直流換流器拓撲的一個實施例，包括：
第一逆變單元子模塊、第二逆變單元子模塊、第三逆變單元子模塊、第四逆變單元子模塊、第一整流單元子模塊、第二整流單元子模塊、第三整流單元子模塊、第四整流單元子模塊、第一變壓器、第二變壓器、+160kv直流線路和-160kv直流線路；
第一逆變單元子模塊、第二逆變單元子模塊、第三逆變單元子模塊、第四逆變單元子模塊均通過變壓器和電網連接；
第一整流單元子模塊、第二整流單元子模塊、第三整流單元子模塊、第四整流單元子模塊通過變壓器和風電場母線連接；
第一逆變單元子模塊和+160kv直流線路連接；
第四逆變單元子模塊和-160kv直流線路連接；
第二逆變單元子模塊、第三逆變單元子模塊和大地連接。
第一整流單元子模塊和+160kv直流線路連接；
第四整流單元子模塊和-160kv直流線路連接；
第二整流單元子模塊、第三整流單元子模塊和大地連接。
進一步地，第一逆變單元子模塊包括四個第一可控三相逆變橋；
四個第一可控三相逆變橋的交流側與第一變壓器的10kv側連接；
四個第一可控三相逆變橋的直流側的20kv電容依次串聯與+160kv直流線路連接；
第四逆變單元子模塊包括四個第四可控三相逆變橋；
四個第四可控三相逆變橋的交流側與第一變壓器的10kv側連接；
四個第四可控三相逆變橋的直流側的20kv電容依次串聯與-160kv直流線路連接。
進一步地，第二逆變單元子模塊包括四個第二可控三相逆變橋；
四個第二可控三相逆變橋的交流側與第一變壓器的10kv側連接；
四個第二可控三相逆變橋的直流側的20kv電容依次串聯與大地連接；
第三逆變單元子模塊包括四個第三可控三相逆變橋；
四個第三可控三相逆變橋的交流側與第一變壓器的10kv側連接；
四個第三可控三相逆變橋的直流側的20kv電容依次串聯與大地連接；
進一步地，第一整流單元子模塊包括八個第一三相不控整流橋；
八個第一三相不控整流橋的交流側與第二變壓器的10kv側連接；
八個第一三相不控整流橋的直流側的10kv電容依次串聯與+160kv直流線路連接；
第四整流單元子模塊包括八個第四三相不控整流橋；
八個第四三相不控整流橋的交流側與第二變壓器的10kv側連接；
八個第四三相不控整流橋的直流側的10kv電容依次串聯與-160kv直流線路連接。
進一步地，第二整流單元子模塊包括八個第二三相不控整流橋；
八個第二三相不控整流橋的交流側與第二變壓器的10kv側連接；
八個第二三相不控整流橋的直流側的10kv電容依次串聯與大地連接；
第三整流單元子模塊包括八個第三三相不控整流橋；
八個第三三相不控整流橋的交流側與第二變壓器的10kv側連接；
八個第三三相不控整流橋的直流側的10kv電容依次串聯與大地連接。
進一步地，第一變壓器的35kv側與電網連接。
進一步地，第二變壓器的35kv側與風電場母線連接。
在本應用例中，設置在逆變站中的四個逆變單元子模塊，以及設置在整流站中的四個整流單元子模塊。
每個逆變單元子模塊包含四個可控三相逆變橋，四個可控三相逆變橋的交流側分別接入逆變站變壓器10kv側，逆變站變壓器35kv則接入電網，如上述，在四個逆變單元子模塊(即第一逆變單元子模塊、第二逆變單元子模塊、第三逆變單元子模塊、第四逆變單元子模塊)中，四個第一可控三相逆變橋的直流側20kv電容依次串聯，接入+160kv直流線路，四個第二可控三相逆變橋的直流側20kv電容依次串聯，接入-160kv直流線路，四個第三三相逆變橋和四個第四三相逆變橋同直流線路的地極(即上述大地)相連。
每個整流單元子模塊包含八個三相不控整流橋，八個三相不控整流橋的交流側分別接入整流站變壓器副邊的10kv側，整流站變壓器35kv側接至風電場母線，如上述，在四個整流單元子模塊中(即第一整流單元子模塊、第二整流單元子模塊、第三整流單元子模塊、第四整流單元子模塊通過變壓器)，八個第一三相不控整流橋的直流側10kv電容依次串聯，接入+160kv直流線路，八個第二三相不控整流橋的直流側10kv電容依次串聯，接入-160kv直流線路，八個第三三相不控整流橋和八個第四三相不控整流橋的直流側10kv電容依次串聯，同直流線路的地極(即上述大地)相連。
如圖3所示，三相逆變橋，採用可關斷器件，由igbt及反並聯的二極體構成，三相逆變橋的控制方式採取dq解耦內外雙環形式的間接電流控制法，控制目標為恆定直流電壓和可控無功功率，具體實現為現有技術，本發明不予贅述。控制迴路的電源由10kv母線通過變壓器轉換獲得。
如圖5所示，三相不控整流橋，採用二極體構成，無需採用控制，直接將風電場35kv母線進行整流。
逆變站一側與電網相連，另一側與整流站相連；整流站一側與逆變站相連，另一側與風電場相連。需要說明的是，在圖1中，畫出了兩個風電場連接，即有a風電場和b風電場，則圖中也描繪出兩個整流站，每個整流站實際包含四個整流單元子模塊。
進一步地，第一逆變單元子模塊與第二逆變單元子模塊連接；
第二逆變單元子模塊與第三逆變單元子模塊連接；
第三逆變單元子模塊與第四逆變單元子模塊連接。
進一步地，第一整流單元子模塊與第二整流單元子模塊連接；
第二整流單元子模塊與第三整流單元子模塊連接；
第三整流單元子模塊與第四整流單元子模塊連接。
如圖6所示，此處圖6以逆變單元子模塊為例，整流單元子模塊之間的連接關係與逆變單元子模塊之間的連接關係一致。第一逆變單元子模塊和第二逆變單元子模塊之間的連接是通過第一逆變單元子模塊中的其中一個直流側20kv電容和第二逆變單元子模塊的其中一個直流側20kv電容進行連接的。第二逆變單元子模塊的另一個直流側20kv電容(區別於第二逆變單元子模塊與第一逆變單元子模塊連接的直流側20kv電容)與第三逆變單元子模塊的其中一個直流側20kv電容連接，並接入大地。同理第四逆變單元子模塊和第三逆變單元子模塊的連接關係不再反覆贅述。
在圖1中，其餘風電場類似於b風電場一樣接入，接入點是直流迴路的+160kv線路以及-160kv線路。直流迴路包括+160kv線路、-160kv線路和地極(零電位)，地電位是相同的所以各風電場無需連接在一起。
以上所述，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。