适用于全直流海上风电场的柔性换流高压大容量直流变压器.pdfVIP

第46 卷 第22 期 2022 年11 月25 日 Vol.46No.22 Nov.25，2022 DOI：10.7500/AEPS20220512002 适用于全直流海上风电场的柔性换流高压大容量直流变压器 李彬彬，王 宁，赵晓东，李 磊，徐殿国 （哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江省哈尔滨市 150001） 摘要：全直流海上风电场是支撑海上风电向大型化、深远海化发展的前沿技术，有望提高风电汇集 与送出效率，减小海上平台体积。百千伏/百兆瓦级直流变压器是全直流海上风电场亟待突破的技 术瓶颈。文中提出了一种柔性换流高压大容量直流变压器拓扑，探索了基于有源桥臂与晶闸管阀 组、二极管阀组相配合的新型换流方式，结合了晶闸管、二极管阀组导通损耗低、功率密度高、串联 技术成熟的优势与有源桥臂电压、电流波形高度可控的特点，从而实现高效率柔性换流、高可控功 率变换，且输入、输出直流电流平滑，无须安装滤波器。文中详细介绍了所提拓扑的电路结构、工作 原理以及控制策略，并通过±35kV/±400kV、300MW仿真模型和小功率实验样机进行了验证。 最后，与现有柔性直流输电模块化多电平换流器海上平台进行对比分析，说明了所提直流变压器拓 扑的技术经济性。 关键词：海上风电；直流变压器；DC/DC变换器；柔性换流；有源桥臂；柔性直流输电；技术 经济性 ［5］ 0 引言 1000 MW 。在此发展背景下，如何高效、经济地 实现大规模海上风电的大范围汇集与远距离送出成 为实现中国“碳中和”的战略目标，缓解西电东 为迫切需要解决的课题。 送压力，大力发展海上风电已成为能源发展的重要 ［1］ 目前，大部分海上风电场通常采用中压交流汇 方向之一 。海上风电场与陆上风电场相比，风能 集，经海上升压站升压，再通过高压交流海底电缆接 资源更为丰富，风速更高、更稳定，可直接接入沿海 入岸上电网，但交流电缆的电容效应与输电损耗大 负荷中心，年利用小时数显著提高，且不占用土地资 的缺点限制了此方案的输送容量和距离。随着模块 源，具有巨大的开发潜力。中国海上风电虽然起步 化多电平换流器 （modular multilevel converter， 较晚，但近年来得到了迅猛发展。根据国家能源局 ［2］ MMC）技术的发展，柔性直流输电可有效解决无功 必威体育精装版统计数据 ，截至2021年底，中国海上风电累 功率与输电损耗问题，成为当前大容量、远距离海上 计装机容量已达26 GW，跃居全球首位。展望未 ［6］ 风电送出的首选方案 。截至2021年底，世界范围 来，海上风电更是一个充满机遇的领域，全球风能理 内已有22个海上风电柔性直流工程投入运行或正 ［3］ 事会预计 ：到2030年全球将新增海上风电装机容 在规划建设。然而，柔性直流换流站中MMC换流 量205 GW，2050年则将突破1000 GW。随着近海