1.本发明涉及海上风力发电技术领域，特别涉及一种全直流海上风力发电系统及其协调启动方法。
背景技术：2.近年来，海上风电场因其风速相对稳定、不占用土地资源等优势，逐渐成为风电发展的新趋势。随着风电装机容量的提升，研究海上风电高效汇集十分重要。直流汇集相较于交流汇集能够精简海上风电场从发电到并网的整个过程，具有投资设备少、汇集系统简单可靠等技术优势。更为重要的是，海上直流风电场中不需要笨重的工频交流变压器，可以使用重量更轻、功率密度更高的dc/dc变流器进行升压。因此，海上直流风电场在设备的体积和重量等方面均优于现有的海上交流风电场，采用直流汇集-直流输送的全直流海上风电系统方案成为近年来的研究热点。
3.目前海上风电直流汇集拓扑根据能量流动方式可以分为两大类。第一类是基于双向dc/dc变流器型直流汇集拓扑，其特点是可以实现能量的双向流动，可以在启动时由交流电网向风电场反向送电帮助风电场启动，但是其全控型器件数量较多，系统体积成本较大。第二类是基于单向dc/dc变流器型直流汇集拓扑，其特点是输出侧采用二极管整流器。由于其采用更少的全控型开关器件，所以其成本更低、效率更高、重量更轻、体积更小，更适用于海上风电直流汇集方案。但是目前针对基于单向dc/dc变流器型直流汇集拓扑启动方案研究较少。
技术实现要素：4.本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、紧凑、可靠性高的全直流海上风力发电系统。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种全直流海上风力发电系统，所述全直流海上风力发电系统包括：风力发电机系统、直流汇集电网和海上变流站，所述风力发电机系统包括风力发电机、风机机侧ac/dc变流器和风机网侧dc/dc变流器，所述海上变流站包括海上dc/dc变流器；所述风力发电机输出的交流电经风机机侧交流ac/dc变流器转换成lvdc，再经所述风机网侧dc/dc变流器转换成mvdc，再经所述直流汇集电网汇集输送至所述海上dc/dc变流器，所述海上dc/dc变流器将mvdc转换为hvdc，并将电能传输至陆上变流站，陆上变流站通过陆上dc/ac变流器将hvdc转换成交流，将海上风电注入到陆上电网。
6.作为本发明的进一步改进，所述风力发电机采用六相永磁同步发电机，所述风机机侧ac/dc变流器包括两台中性点钳位型三电平变流器，两台中性点钳位型三电平变流器的交流侧分别接所述六相永磁同步发电机的两组三相定子输出，直流侧与lvdc并联。
7.作为本发明的进一步改进，所述风机网侧dc/dc变流器采用基于隔离变压器的三
电平全桥llc谐振变流器，所述三电平全桥llc谐振变流器的输入侧采用三电平全桥结构，副边侧采用整流二极管结构，谐振腔采用llc谐振腔。
8.作为本发明的进一步改进，所述风机网侧dc/dc变流器中的隔离变压器采用中频变压器。
9.作为本发明的进一步改进，所述海上dc/dc变流器采用基于mmc的dc/dc变流器，所述基于mmc的dc/dc变流器的输入侧采用基于半桥子模块电路的mmc结构，所述基于mmc的dc/dc变流器的输出侧采用二极管整流电路。
10.本发明还提供了一种全直流海上风力发电系统的协调启动方法，应用于上述任一所述的全直流海上风力发电系统，其包括以下步骤：s1、陆上dc/ac变流器启动；s2、风力发电机启动；s3、风机机侧ac/dc变流器启动；s4、风机网侧dc/dc变流器启动；s5、海上dc/dc变流器启动。
11.作为本发明的进一步改进，步骤s3包括：s31、机侧变流器不控整流；步骤包括：将机侧ac/dc变流器中功率开关器件闭锁，机侧ac/dc变流器中二极管构成不可控整流电路，所述风力发电机定子侧交流电经风机机侧ac/dc变流器中二极管不控整流产生直流电压u
lv
；s32、机侧变流器恒电流控制；步骤包括：当机侧ac/dc变流器直流电压u
lv
达到阈值u
th
时，对机侧ac/dc变流器采用恒电流控制，对直流侧电容进行充电，直流电压u
lv
持续上升；s33、机侧变流器最大功率跟踪控制；步骤包括：当机侧ac/dc变流器直流电压u
lv
经充电达到额定值u
rl
时，将其切换为风机最大功率跟踪控制。
12.作为本发明的进一步改进，步骤s4包括：当风力发电机直流电压u
lv
达到额定值u
rl
时，风机网侧dc/dc变流器开始工作，控制直流电压u
lv
稳定在额定值u
rl
，并将风机电能传输到直流汇集电网，使得直流汇集电网电压u
mv
逐渐升高；作为本发明的进一步改进，步骤s5包括：当直流汇集电网电压u
mv
达到额定值u
rm
时，海上dc/dc变流器开始工作，控制直流电压u
mv
稳定在额定值u
rm
，并将海上风场产生的电能传输到hvdc输电电网，再经hvdc输电系统将电能传输到陆上变流站。
13.本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
14.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
15.本发明的有益效果：本发明所提出的基于隔离型dc/dc变流器的全直流风力发电系统，其dc/dc变流器输出侧采用二极管整流电路，使得系统结构简单、紧凑且可靠性高。并且dc/dc变流器采用中频变压器，可有效减小变流器尺寸。
16.本发明所提出的协调启动方法通过风机侧变流器不控整流控制、恒电流控制、最大功率控制，网侧变流器定低压直流控制、海上变流器定中压直流控制相互协调，可实现基
converter，模块化多电平变流器）的dc/dc变流器，所述基于mmc的dc/dc变流器的输入侧采用基于半桥子模块电路的mmc结构，所述基于mmc的dc/dc变流器的输出侧采用二极管整流电路。其中，输入侧采用基于半桥子模块电路的mmc结构可改善交流输出电能质量。其输出侧采用二极管整流电路，使得电路结构简单、紧凑且可靠性高。另外，采用mft可有效减小变流器尺寸。通过多组基于mmc的直流变流器输入并联、输出串联，可将直流汇集电网mvdc升为hvdc，并将电能传输到陆上变流站。
25.本发明所提出的基于隔离型dc/dc变流器的全直流风力发电系统，其dc/dc变流器输出侧采用二极管整流电路，使得系统结构简单、紧凑且可靠性高。并且dc/dc变流器采用中频变压器，可有效减小变流器尺寸。
26.实施例二如图5所示，为本实施例中的全直流海上风力发电系统的协调启动方法，应用于实施例一中的全直流海上风力发电系统，其包括以下步骤：s1、陆上dc/ac变流器启动；步骤包括：陆上dc/ac变流器的交流侧接陆上交流电网，在交流电网的支撑下将陆上dc/ac变流器启动并控制直流侧电压u
hv
稳定；s2、风力发电机启动；步骤包括：风力发电机通过变桨距控制实现桨叶旋转，从而驱动风力发电机启动，并通过风力发电机定子产生交流电压；s3、风机机侧ac/dc变流器启动，步骤包括：s31、机侧变流器不控整流；步骤包括：将机侧ac/dc变流器中功率开关器件闭锁，机侧ac/dc变流器中二极管构成不可控整流电路，所述风力发电机定子侧交流电经风机机侧ac/dc变流器中二极管不控整流产生直流电压u
lv
；s32、机侧变流器恒电流控制；步骤包括：当机侧ac/dc变流器直流电压u
lv
达到阈值u
th
时，对机侧ac/dc变流器采用恒电流控制，对直流侧电容进行充电，直流电压u
lv
持续上升；s33、机侧变流器最大功率跟踪控制；步骤包括：当机侧ac/dc变流器直流电压u
lv
经充电达到额定值u
rl
时，将其切换为风机最大功率跟踪控制；s4、风机网侧dc/dc变流器启动；步骤包括：当风力发电机直流电压u
lv
达到额定值u
rl
时，风机网侧dc/dc变流器开始工作，控制直流电压u
lv
稳定在额定值u
rl
，并将风机电能传输到直流汇集电网，使得直流汇集电网电压u
mv
逐渐升高；s5、海上dc/dc变流器启动，步骤包括：当直流汇集电网电压u
mv
达到额定值u
rm
时，海上dc/dc变流器开始工作，控制直流电压u
mv
稳定在额定值u
rm
，并将海上风场产生的电能传输到hvdc输电电网，再经hvdc输电系统将电能传输到陆上变流站。
27.本发明所提出的协调启动方法通过风机侧变流器不控整流控制、恒电流控制、最大功率控制，网侧变流器定低压直流控制、海上变流器定中压直流控制相互协调，可实现基于该类简单、紧凑、高可靠型dc/dc变流器的全直流海上风电系统平稳启动和运行。
28.实施例三本实施例公开了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例二中所述全直流海上风力发电系统的协调启动方法的步骤。
29.实施例四
本实施例公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例二中所述全直流海上风力发电系统的协调启动方法的步骤。
30.以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
技术特征：1.一种全直流海上风力发电系统，包括风力发电机系统、直流汇集电网和海上变流站其特征在于，所述风力发电机系统包括风力发电机、风机机侧ac/dc变流器和风机网侧dc/dc变流器，所述海上变流站包括海上dc/dc变流器；所述风力发电机输出的交流电经风机机侧交流ac/dc变流器转换成lvdc，再经所述风机网侧dc/dc变流器转换成mvdc，再经所述直流汇集电网汇集输送至所述海上dc/dc变流器，所述海上dc/dc变流器将mvdc转换为hvdc，并将电能传输至陆上变流站，陆上变流站通过陆上dc/ac变流器将hvdc转换成交流，将海上风电注入到陆上电网。2.如权利要求1所述的全直流海上风力发电系统，其特征在于，所述风力发电机采用六相永磁同步发电机，所述风机机侧ac/dc变流器包括两台中性点钳位型三电平变流器，两台中性点钳位型三电平变流器的交流侧分别接所述六相永磁同步发电机的两组三相定子输出，直流侧与lvdc并联。3.如权利要求1所述的全直流海上风力发电系统，其特征在于，所述风机网侧dc/dc变流器采用基于隔离变压器的三电平全桥llc谐振变流器，所述三电平全桥llc谐振变流器的输入侧采用三电平全桥结构，副边侧采用整流二极管结构，谐振腔采用llc谐振腔。4.如权利要求3所述的全直流海上风力发电系统，其特征在于，所述风机网侧dc/dc变流器中的隔离变压器采用中频变压器。5.如权利要求1所述的全直流海上风力发电系统，其特征在于，所述海上dc/dc变流器采用基于mmc的dc/dc变流器，所述基于mmc的dc/dc变流器的输入侧采用基于半桥子模块电路的mmc结构，所述基于mmc的dc/dc变流器的输出侧采用二极管整流电路。6.一种全直流海上风力发电系统的协调启动方法，应用于如权利要求1-5任一所述的全直流海上风力发电系统，其特征在于，包括以下步骤：s1、陆上dc/ac变流器启动；s2、风力发电机启动；s3、风机机侧ac/dc变流器启动；s4、风机网侧dc/dc变流器启动；s5、海上dc/dc变流器启动。7.如权利要求6所述的全直流海上风力发电系统的协调启动方法，其特征在于，步骤s3包括：s31、机侧变流器不控整流；步骤包括：将机侧ac/dc变流器中功率开关器件闭锁，机侧ac/dc变流器中二极管构成不可控整流电路，所述风力发电机定子侧交流电经风机机侧ac/dc变流器中二极管不控整流产生直流电压u
lv
；s32、机侧变流器恒电流控制；步骤包括：当机侧ac/dc变流器直流电压u
lv
达到阈值u
th
时，对机侧ac/dc变流器采用恒电流控制，对直流侧电容进行充电，直流电压u
lv
持续上升；s33、机侧变流器最大功率跟踪控制；步骤包括：当机侧ac/dc变流器直流电压u
lv
经充电达到额定值u
rl
时，将其切换为风机最大功率跟踪控制。8.如权利要求6所述的全直流海上风力发电系统的协调启动方法，其特征在于，步骤s4包括：当风力发电机直流电压u
lv
达到额定值u
rl
时，风机网侧dc/dc变流器开始工作，控制直流电压u
lv
稳定在额定值u
rl
，并将风机电能传输到直流汇集电网，使得直流汇集电网电压u
mv
逐渐升高；步骤s5包括：当直流汇集电网电压u
mv
达到额定值u
rm
时，海上dc/dc变流器开始工作，控制直流电压u
mv
稳定在额定值u
rm
，并将海上风场产生的电能传输到hvdc输电电网，再经hvdc输电系统将电能传输到陆上变流站。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求8中所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求8中所述方法的步骤。
技术总结本发明公开了一种全直流海上风力发电系统及其协调启动方法，全直流海上风力发电系统包括：风力发电机系统、直流汇集电网和海上变流站，风力发电机系统包括风力发电机、风机机侧AC/DC变流器和风机网侧DC/DC变流器，海上变流站包括海上DC/DC变流器；风力发电机输出的交流电经风机机侧交流AC/DC变流器转换成LVDC，再经风机网侧DC/DC变流器转换成MVDC，再经直流汇集电网汇集输送至海上DC/DC变流器，海上DC/DC变流器将MVDC转换为HVDC，并将电能传输至陆上变流站，陆上变流站通过陆上DC/AC变流器将HVDC转换成交流，将海上风电注入到陆上电网。本发明基于隔离型DC/DC变流器的全直流风力发电系统结构简单、紧凑且可靠性高。其协调启动方法可保证全直流海上风电系统平稳启动和运行。启动和运行。启动和运行。
技术研发人员：孔祥平 李鹏 宾子君 张弛 王晨清 郑俊超 林金娇 陶艳
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司 江苏省电力试验研究院有限公司
技术研发日：2022.10.12
技术公布日：2022/12/16
