具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案

谢晔源; 袁庆伟; 段军; 姜田贵

doi:10.7500/AEPS20231118001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案
- Remote Offshore Wind Power Transmission Scheme Based on Diode Rectifier Unit and Modular Multilevel Converter with Black-start and Grid-forming Capability
- 电力系统自动化 2024年48卷第16期页码：142-153
- 作者机构：
  
  南京南瑞继保电气有限公司，江苏省南京市 211102
- 作者简介：
  
  谢晔源(1978—)，男，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向：柔性直流输电、柔性交流输电和无功补偿技术。E-mail：xieyy@nrec.com
  袁庆伟(1988—)，男，通信作者，博士，高级工程师，主要研究方向：AC-DC变流器技术。E-mail：yuanqw@nrec.com
  段军(1986—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：柔性直流输电技术。E-mail：duanj@nrec.com
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2021YFB2401100);已申请国家发明专利（申请号：ZL202210263109.9）
- DOI：10.7500/AEPS20231118001
  中图分类号：
- 收稿：2023-11-18，
  
  修回：2024-03-18，
  
  网络出版：2024-07-10，
  
  纸质出版：2024-08-25
- 稿件说明：
移动端阅览
谢晔源,袁庆伟,段军等.具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案[J].电力系统自动化,2024,48(16):142-153.

XIE Yeyuan,YUAN Qingwei,DUAN Jun,et al.Remote Offshore Wind Power Transmission Scheme Based on Diode Rectifier Unit and Modular Multilevel Converter with Black-start and Grid-forming Capability[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(16):142-153.
谢晔源,袁庆伟,段军等.具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案[J].电力系统自动化,2024,48(16):142-153. DOI： 10.7500/AEPS20231118001.

XIE Yeyuan,YUAN Qingwei,DUAN Jun,et al.Remote Offshore Wind Power Transmission Scheme Based on Diode Rectifier Unit and Modular Multilevel Converter with Black-start and Grid-forming Capability[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(16):142-153. DOI： 10.7500/AEPS20231118001.

摘要

由于具有成本低、体积重量小和可靠性高等特点，送端采用二极管整流器（DRU）、受端采用模块化多电平换流器（MMC）的送出方案在远海风电送出领域备受关注。鉴于DRU不能构建交流电网且无法倒送有功功率，文中提出一种具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案。所提方案在DRU-MMC送出技术的基础上增加了常规小容量电压源型辅助换流器、耗能单元和必要的快速开关，通过直流海缆复用和快速开关倒闸重构拓扑，分别构建黑启动电源低压回路和风电传输高压回路，实现黑启动和功率传输2种工况在线切换；提出辅助换流器在不同运行阶段的构网控制策略，解决海上交流电网构建、DRU无功补偿和谐波抑制等问题，消除DRU-MMC送出方案对风电场类型的限制。最后，通过经济性分析和算例仿真，验证了所提方案的优越性和有效性。

Abstract

Due to the characteristics of low cost

small size and weight

and high reliability

the transmission scheme using the diode rectifier unit (DRU) at the sending end and the modular multilevel converter (MMC) at the receiving end has attracted much attention in the field of offshore wind power transmission. Since DRU cannot form an AC power grid and provide reverse active power

this paper proposes a remote offshore wind power transmission scheme based on DRU-MMC with black-start and grid-forming capability. The proposed scheme adds conventional small-capacity voltage-source auxiliary converters

energy-dissipating units

and necessary fast switches on the basis of DRU-MMC transmission technology. With the multiplexing of DC marine cables and the topology reconstruction by the fast switch switching operations

the low-voltage circuit for the black-start power supply and the high-voltage circuit for wind power transmission are constructed respectively

and the online-switching between the black-start condition and the power transmission condition is realized. The grid-forming control strategies of the auxiliary converter in different operation stages are proposed to solve the formation of the offshore AC power grid

the reactive power compensation and harmonics suppression of the DRU. Moreover

the restriction of the DRU-MMC transmission scheme on the type of wind farm is eliminated by the proposed scheme. Finally

the superiority and the effectiveness of the proposed scheme are verified by means of economic analysis and case simulation.

关键词

Keywords

references

王秀丽，赵勃扬，黄明煌，等 . 大规模深远海风电送出方式比较及集成设计关键技术研究［J］. 全球能源互联网， 2019 ， 2 （ 2 ）： 138 - 145 .

WANG Xiuli ， ZHAO Boyang ， HUANG Minghuang ， et al . Research of integration methods comparison and key design technologies for large scale long distance offshore wind power ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2019 ， 2 （ 2 ）： 138 - 145 .

杜杰，李子润，李国杰 . 海上风电直流汇集DC/DC系统实时仿真方法［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 7 ）： 170 - 177 .

DU Jie ， LI Zirun ， LI Guojie . Real-time simulation method for a DC/DC collection system in an offshore wind farm ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 7 ）： 170 - 177 .

马富艺龙，辛焕海，刘晨曦，等 . 新能源基地柔性直流送出系统小扰动电压支撑强度评估［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 21 ）： 5758 - 5770 .

MA Fuyilong ， XIN Huanhai ， LIU Chenxi ， et al . Small-disturbance system voltage support strength assessment method for renewables VSC-HVDC delivery system ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 21 ）： 5758 - 5770 .

姜崇学，马秀达，邹强，等 . 柔性直流输电系统的高频谐波保护方法与工程实践［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 3 ）： 150 - 158 .

JIANG Chongxue ， MA Xiuda ， ZOU Qiang ， et al . High-frequency harmonic protection methods and engineering practice for flexible DC transmission systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 150 - 158 .

Siemens revolutionizes grid connection for offshore wind power plants ［EB/OL］. （ 2015-10-23 ）［ 2023-07-11 ］. https：//www.3blme-dia.com/news/siemens-revolutionizes-grid-connection-offshore-wind-power-plants https://www.3blme-dia.com/news/siemens-revolutionizes-grid-connection-offshore-wind-power-plants .

PRIGNITZ C ， ECKEL H G ， ACHENBACH S ， et al . FixReF： a control strategy for offshore wind farms with different wind turbine types and diode rectifier HVDC transmission ［C］// 2016 IEEE 7th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems （PEDG）， June 27-30 ， 2016 ， Vancouver， Canada .

方梓熙，蔡旭，史先强，等 . 混合型海上风电直流换流器的拓扑优化与控制［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 24 ）： 8546 - 8560 .

FANG Zixi ， CAI Xu ， SHI Xianqiang ， et al . Topology optimization and control of the hybrid DC converter for offshore wind farms ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 24 ）： 8546 - 8560 .

BLASCO-GIMENEZ R ， AÑÓ-VILLALBA S ， RODRÍGUEZ-D’DERLÉE J ， et al . Distributed voltage and frequency control of offshore wind farms connected with a diode-based HVDC link ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2010 ， 25 （ 12 ）： 3095 - 3105 .

张哲任，唐英杰，徐政 . 采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案［J］. 中国电力， 2020 ， 53 （ 7 ）： 80 - 91 .

ZHANG Zheren ， TANG Yingjie ， XU Zheng . Medium frequency diode rectifier unit based HVDC transmission for offshore wind farm integration ［J］. Electric Power ， 2020 ， 53 （ 7 ）： 80 - 91 .

唐英杰，张哲任，徐政 . 基于二极管不控整流单元的远海风电低频交流送出方案［J］. 中国电力， 2020 ， 53 （ 7 ）： 44 - 54 .

TANG Yingjie ， ZHANG Zheren ， XU Zheng . Diode rectifier unit based LFAC transmission for offshore wind farm integration ［J］. Electric Power ， 2020 ， 53 （ 7 ）： 44 - 54 .

林进钿，倪晓军，裘鹏 . 柔性低频交流输电技术研究综述［J］. 浙江电力， 2021 ， 40 （ 10 ）： 42 - 50 .

LIN Jintian ， NI Xiaojun ， QIU Peng . Review of flexible low-frequency AC transmission technology ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2021 ， 40 （ 10 ）： 42 - 50 .

徐政，张哲任 . 低频输电技术原理之一——M 3 C的数学模型与等效电路［J］. 浙江电力， 2021 ， 40 （ 10 ）： 13 - 21 .

XU Zheng ， ZHANG Zheren . Principles of low frequency power transmission technology： Part 1 mathematical model and equivalent circuit of M 3 C ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2021 ， 40 （ 10 ）： 13 - 21 .

南京南瑞继保电气有限公司 . 风电直流送出系统及其控制方法： 202210263109.9 ［P］. 2022-05-31 .

NR Electric Co.， Ltd . Wind power DC transmission system and its control methods ： 202210263109.9 ［P］. 2022-05-31 .

蔡蓉，张立波，程濛，等 . 66 kV海上风电交流集电方案技术经济性研究［J］. 全球能源互联网， 2019 ， 2 （ 2 ）： 155 - 162 .

CAI Rong ， ZHANG Libo ， CHENG Meng ， et al . Technical and economic research on 66 kV offshore wind power AC collection solution ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2019 ， 2 （ 2 ）： 155 - 162 .

张彦兵，王伟，周鹏鹏，等 . 基于延边三角形移相的24脉波整流器仿真建模［J］. 智慧电力， 2017 ， 45 （ 9 ）： 55 - 59 .

ZHANG Yanbing ， WANG Wei ， ZHOU Pengpeng ， et al . Modeling and simulation of phase-shifting 24-pulse rectifier based on prolonged delta ［J］. Smart Power ， 2017 ， 45 （ 9 ）： 55 - 59 .

张哲任，金砚秋，徐政 . 两种基于构网型风机和二极管整流单元的海上风电送出方案［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 6 ）： 2098 - 2107 .

ZHANG Zheren ， JIN Yanqiu ， XU Zheng . Two offshore wind farm integration schemes based on grid forming wind turbines and diode rectifier unit ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 6 ）： 2098 - 2107 .

风电场接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电： GB/T 19963.1—2021 ［S］. 2021 .

Technical specification for connecting wind farm to power system Part 1： on shore wind power ： GB/T 19963.1—2021 ［S］. 2021 .

CHAUDHARY S K ， TEODORESCU R ， RODRIGUEZ P . Wind farm grid integration using VSC based HVDC transmission—an overview ［C］// 2008 IEEE Energy 2030 Conference ， November 17-18 ， 2008 ， Atlanta， USA .

NAMI A ， RODRIGUEZ-AMENEDO J L ， ARNALTES S ， et al . Control of the parallel operation of DR-HVDC and VSC-HVDC for offshore wind power transmission ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 3 ）： 1682 - 1691 .

甘慧辰，肖晃庆，黄莹 . 用于海上风电的DRU-MMC混合换流器控制策略和容量选取［J/OL］. 电力系统自动化［ 2023-10-25 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20231009.0743.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20231009.0743.002.html .

GAN Huichen ， XIAO Huangqing ， HUANG Ying . Control strategy and capacity selection of DRU-MMC hybrid converters for large-scale offshore wind power ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2023-10-25 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20231009.0743.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20231009.0743.002.html .

唐爱红，宋幸，尚宇菲，等 . 基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 2 ）： 20 - 28 .

TANG Aihong ， SONG Xing ， SHANG Yufei ， et al . Harmonic mitigation method and control strategy of offshore wind power system based on distributed power flow controller ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 2 ）： 20 - 28 .

张哲任，唐英杰，傅春翔 . 面向海上平台轻型化的跟网型中频远海风电场直流送出方案［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 21 ）： 139 - 148 .

ZHANG Zheren ， TANG Yingjie ， FU Chunxiang . HVDC transmission scheme of grid-following medium-frequency distant offshore wind farm for offshore platform miniaturization ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 21 ）： 139 - 148 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

CSC海上风电送出系统的改进型孤岛运行与黑启动策略

低频工况下基于桥臂能量补偿的MMC模型预测控制策略

多虚拟同步发电机主导系统稳定性分析方法及提高措施综述