海上風(fēng)電經(jīng)vsc-mtdc輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海上風(fēng)電經(jīng)VSC-MTDC(多端柔性直流)輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在化石能源供應(yīng)緊張和環(huán)境污染日益加劇的多重壓力下，風(fēng)能等可再生能源發(fā)電得以迅速地發(fā)展，尤其是大規(guī)模近海風(fēng)電場(chǎng)的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為了國(guó)際上風(fēng)能利用的大趨勢(shì)。
[0003]然而，由于海上風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)離海岸，且海邊的電網(wǎng)大多為網(wǎng)架末端，海邊電網(wǎng)較為虛弱，因此，海上風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)所連接的電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量等產(chǎn)生了很大的影響。同時(shí)，由于交流電纜受過(guò)大容性電流的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)這些海上風(fēng)電場(chǎng)的遠(yuǎn)距離供電?；谝陨蟽煞N因素，VSC-MTDC輸電方式成為了大型海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的最佳方式，因此其相關(guān)研究受到了廣泛的關(guān)注。專利號(hào)為201110308466.4的中國(guó)專利海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)模裝置”，公開(kāi)了一種海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)模專利，該專利給出了并網(wǎng)系統(tǒng)的主電路和控制電路設(shè)計(jì)方法。專利號(hào)為201220206525.7的中國(guó)專利:“海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)”，公開(kāi)了一種輕型直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該專利給出了一種大容量的換流站主電路設(shè)計(jì)方案。專利號(hào)為200810038541.8的中國(guó)專利:“海上風(fēng)電柔性直流輸電變流器控制系統(tǒng)”，公開(kāi)了一種換流站的控制系統(tǒng)，該專利給出了不依賴于通信的整流站和換流站的控制策略涉及方法。以上專利及現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷是:
[0004]1.201110308466.4中國(guó)專利僅給出了海上風(fēng)電經(jīng)兩端柔性直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)模裝置，沒(méi)有提出多端柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)模裝置的設(shè)計(jì)方案，沒(méi)有涉及到多端柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的直流電壓控制和優(yōu)化控制。
[0005]2.201220206525.7中國(guó)專利僅給出了一種由移相變壓器及多個(gè)功率單元直流側(cè)輸出端級(jí)聯(lián)構(gòu)成的大容量換流器的主電路設(shè)計(jì)方案，是一種兩端柔性直流輸電系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)，沒(méi)有涉及到多端柔性直流輸電系統(tǒng)的主電路和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
[0006]3.200810038541.8中國(guó)專利僅給出了海上風(fēng)電經(jīng)兩端柔性直流輸電系統(tǒng)換流站的控制策略，沒(méi)有涉及到實(shí)時(shí)通信在控制過(guò)程中的應(yīng)用，沒(méi)有涉及到多端柔性直流輸電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)用于海上風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)VSC-MTDC輸電系統(tǒng)運(yùn)行與控制策略的研究，需要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下建立其動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了海上風(fēng)電經(jīng)VSC-MTDC輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)，本裝置可以為海上風(fēng)電經(jīng)VSC-MTDC輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)方案、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制策略研究、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性分析提供一個(gè)可靠方便的研究平臺(tái)，為系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)和調(diào)試提供一個(gè)良好的測(cè)試環(huán)境。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]—種海上風(fēng)電經(jīng)VSC-MTDC輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)，包括運(yùn)行調(diào)度中心、換流站、海上風(fēng)電場(chǎng)、直流網(wǎng)絡(luò)和交流網(wǎng)絡(luò)，其中:
[0011]所述運(yùn)行調(diào)度中心設(shè)置有中央監(jiān)控系統(tǒng)，用于負(fù)責(zé)海上風(fēng)電經(jīng)VSC-MTDC輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制；
[0012]所述換流站，包括風(fēng)電場(chǎng)換流站和網(wǎng)側(cè)換流站，均設(shè)有監(jiān)控系統(tǒng)，包括換流站監(jiān)控主站、監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)采集終端、站內(nèi)GPS時(shí)鐘模塊以及站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，所述換流站監(jiān)控主站用于換流站內(nèi)所有設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)時(shí)上傳狀態(tài)信息至中央監(jiān)控系統(tǒng)并接收中央監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的指令；所述監(jiān)控終端可通過(guò)數(shù)據(jù)采集電路采集換流站的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，通過(guò)固態(tài)開(kāi)關(guān)監(jiān)控電路實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)、控制固態(tài)開(kāi)關(guān)，通過(guò)全控型半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的監(jiān)控電路來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件的監(jiān)測(cè)與控制，通過(guò)其通信模塊可實(shí)時(shí)上傳狀態(tài)信息并接收換流站監(jiān)控主站的下發(fā)指令；所述數(shù)據(jù)采集終端用于實(shí)時(shí)地采集換流站的交、直流電氣量狀態(tài)信息；所述站內(nèi)GPS時(shí)鐘模塊用于換流站監(jiān)控系統(tǒng)的精確定時(shí)，所述站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)換流站監(jiān)控計(jì)算機(jī)與監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)采集終端間的通信；
[0013]所述海上風(fēng)電場(chǎng)包括若干臺(tái)風(fēng)機(jī)模擬裝置，且接入換流站的交流側(cè)母線；
[0014]所述直流網(wǎng)絡(luò)采用直流線路構(gòu)成相應(yīng)的輻射狀或環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述交流母線與無(wú)窮大電源或普通電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)、變壓器、線路以及綜合負(fù)荷相連。
[0015]所述中央監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備有前置數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器、SCADA服務(wù)器、工作站、集中顯示屏以及通信網(wǎng)絡(luò)，其中:
[0016]所述前置數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的預(yù)處理、篩選和格式化；
[0017]所述數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和管理；
[0018]所述應(yīng)用程序服務(wù)器，用于儲(chǔ)存和運(yùn)行應(yīng)用程序；
[0019]所述SCADA服務(wù)器，用于實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制；
[0020]所述工作站是人機(jī)交互的硬件設(shè)備，作為進(jìn)行監(jiān)視和控制的工作平臺(tái)；
[0021]所述通信網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行調(diào)度中心內(nèi)部各設(shè)備間、與換流站監(jiān)控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸與交互。
[0022]所述風(fēng)電場(chǎng)換流站包括主電路和監(jiān)控系統(tǒng)，其中，主電路包括交流母線，交流母線上連接有正極、負(fù)極系統(tǒng)，正極、負(fù)極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)稱，均包括換流變壓器、限流電阻、交流電抗器、電壓源型換流器、直流電容器、直流線路、接地極、電壓互感器、電流互感器和固態(tài)開(kāi)關(guān)，換流變壓器連接交流母線，交流母線連接換流變壓器，換流變壓器的另一側(cè)連接限流電阻，限流電阻串聯(lián)交流電抗器，交流電抗器連接電壓源型換流器，電壓源型換流器并聯(lián)有直流電容器，直流電容器一端連接電壓互感器和直流線路，另一側(cè)與另一個(gè)直流電容器相連。
[0023]所述風(fēng)電機(jī)組采用鼠籠式異步風(fēng)電機(jī)組、雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組或永磁直驅(qū)同步風(fēng)電機(jī)組中的一種或幾種。
[0024]所述風(fēng)機(jī)模擬裝置中采用直流調(diào)速機(jī)模擬海上風(fēng)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)模擬裝置具備獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)，并預(yù)留有接口與換流站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交互。
[0025]所述中央監(jiān)控系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器的架構(gòu)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、控制模塊、輔助決策模塊、故障錄波與分析模塊、通信模塊以及外部接口模塊，其中:
[0026]所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊，用于負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)地收集、監(jiān)視與顯示各換流站及其交流側(cè)電網(wǎng)的狀態(tài)信息和運(yùn)行信息，并負(fù)責(zé)非正常運(yùn)行設(shè)備、故障設(shè)備的告警；
[0027]所述控制模塊，接收電力系統(tǒng)調(diào)度中心發(fā)出的控制指令，實(shí)現(xiàn)VSC-MTDC輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的啟?？刂?、換流站控制模式的選擇、換流站控制指令值計(jì)算、緊急控制和輔助控制；
[0028]所述輔助決策模塊，利用離線計(jì)算和在線計(jì)算兩種手段，結(jié)合相應(yīng)電網(wǎng)分析理論，實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算和預(yù)測(cè)、系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)可靠性評(píng)估和系統(tǒng)安全性評(píng)估；
[0029]所述故障錄波與分析模塊，用于記錄各換流站上傳的所有數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)回放、故障分析、故障診斷和打印報(bào)表；
[0030]所述通信模塊，用于顯示直流系統(tǒng)各層次網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)，并提供自檢、調(diào)試與測(cè)試；
[0031]所述外部接口模塊包括人機(jī)接口和開(kāi)放接口，人機(jī)接口用于管理員訪問(wèn)、程序調(diào)試以及程序錯(cuò)誤處理的系統(tǒng)軟件維護(hù)工作，開(kāi)放接口用于為高級(jí)應(yīng)用程序訪問(wèn)中央監(jiān)控系統(tǒng)提供統(tǒng)一規(guī)范的接口。
[0032]所述換流站的監(jiān)控系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、控制模塊、故障錄波與分析模塊以及通信模塊，其中:
[0033]所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)換流站的換流器、閥組、冷卻系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及其他附屬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；
[0034]所述風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊能夠接收風(fēng)