海上風電經(jīng)vsc-mtdc輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海上風電經(jīng)VSC-MTDC(多端柔性直流)輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)模擬系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在化石能源供應緊張和環(huán)境污染日益加劇的多重壓力下，風能等可再生能源發(fā)電得以迅速地發(fā)展，尤其是大規(guī)模近海風電場的開發(fā)已經(jīng)成為了國際上風能利用的大趨勢。
[0003]然而，由于海上風電場遠離海岸，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，海上風電并網(wǎng)對所連接的電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能質量等產(chǎn)生了很大的影響。同時，由于交流電纜受過大容性電流的限制，無法實現(xiàn)這些海上風電場的遠距離供電?；谝陨蟽煞N因素，VSC-MTDC輸電方式成為了大型海上風電場并網(wǎng)的最佳方式，因此其相關研究受到了廣泛的關注。專利號為201110308466.4的中國專利海上風電經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動模裝置”，公開了一種海上風電經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動模專利，該專利給出了并網(wǎng)系統(tǒng)的主電路和控制電路設計方法。專利號為201220206525.7的中國專利:“海上風電場并網(wǎng)的輕型直流輸電系統(tǒng)”，公開了一種輕型直流輸電系統(tǒng)設計方案，該專利給出了一種大容量的換流站主電路設計方案。專利號為200810038541.8的中國專利:“海上風電柔性直流輸電變流器控制系統(tǒng)”，公開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)有技術存在的缺陷是:
[0004]1.201110308466.4中國專利僅給出了海上風電經(jīng)兩端柔性直流輸電系統(tǒng)的動模裝置，沒有提出多端柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)動模裝置的設計方案，沒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中國專利僅給出了一種由移相變壓器及多個功率單元直流側輸出端級聯(lián)構成的大容量換流器的主電路設計方案，是一種兩端柔性直流輸電系統(tǒng)的主電路設計，沒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)設計。
[0006]3.200810038541.8中國專利僅給出了海上風電經(jīng)兩端柔性直流輸電系統(tǒng)換流站的控制策略，沒有涉及到實時通信在控制過程中的應用，沒有涉及到多端柔性直流輸電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計。
[0007]為了實現(xiàn)用于海上風電并網(wǎng)時VSC-MTDC輸電系統(tǒng)運行與控制策略的研究，需要在實驗室環(huán)境下建立其動態(tài)模擬系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了海上風電經(jīng)VSC-MTDC輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)模擬系統(tǒng)，本裝置可以為海上風電經(jīng)VSC-MTDC輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)方案、控制系統(tǒng)設計、控制策略研究、動態(tài)響應特性分析提供一個可靠方便的研究平臺，為系統(tǒng)工程開發(fā)和調試提供一個良好的測試環(huán)境。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0010]—種海上風電經(jīng)VSC-MTDC輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)模擬系統(tǒng)，包括運行調度中心、換流站、海上風電場、直流網(wǎng)絡和交流網(wǎng)絡，其中:
[0011]所述運行調度中心設置有中央監(jiān)控系統(tǒng)，用于負責海上風電經(jīng)VSC-MTDC輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的實時監(jiān)視與控制；
[0012]所述換流站，包括風電場換流站和網(wǎng)側換流站，均設有監(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GPS時鐘模塊以及站內網(wǎng)絡，所述換流站監(jiān)控主站用于換流站內所有設備的實時監(jiān)測與控制，實時上傳狀態(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)控終端可通過數(shù)據(jù)采集電路采集換流站的實時狀態(tài)信息，通過固態(tài)開關監(jiān)控電路實時地監(jiān)測、控制固態(tài)開關，通過全控型半導體開關器件的監(jiān)控電路來實現(xiàn)開關器件的監(jiān)測與控制，通過其通信模塊可實時上傳狀態(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)采集終端用于實時地采集換流站的交、直流電氣量狀態(tài)信息；所述站內GPS時鐘模塊用于換流站監(jiān)控系統(tǒng)的精確定時，所述站內網(wǎng)絡負責實現(xiàn)換流站監(jiān)控計算機與監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)采集終端間的通信；
[0013]所述海上風電場包括若干臺風機模擬裝置，且接入換流站的交流側母線；
[0014]所述直流網(wǎng)絡采用直流線路構成相應的輻射狀或環(huán)狀網(wǎng)絡結構，所述交流母線與無窮大電源或普通電網(wǎng)、發(fā)電機、變壓器、線路以及綜合負荷相連。
[0015]所述中央監(jiān)控系統(tǒng)設備有前置數(shù)據(jù)服務器、數(shù)據(jù)服務器、應用程序服務器、SCADA服務器、工作站、集中顯示屏以及通信網(wǎng)絡，其中:
[0016]所述前置數(shù)據(jù)服務器，用于監(jiān)控數(shù)據(jù)的預處理、篩選和格式化；
[0017]所述數(shù)據(jù)服務器，用于數(shù)據(jù)的儲存和管理；
[0018]所述應用程序服務器，用于儲存和運行應用程序；
[0019]所述SCADA服務器，用于實現(xiàn)并網(wǎng)系統(tǒng)的實時監(jiān)視與控制；
[0020]所述工作站是人機交互的硬件設備，作為進行監(jiān)視和控制的工作平臺；
[0021]所述通信網(wǎng)絡，用于實現(xiàn)運行調度中心內部各設備間、與換流站監(jiān)控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸與交互。
[0022]所述風電場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、負極系統(tǒng)，正極、負極系統(tǒng)結構對稱，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)開關，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，另一側與另一個直流電容器相連。
[0023]所述風電機組采用鼠籠式異步風電機組、雙饋感應風電機組或永磁直驅同步風電機組中的一種或幾種。
[0024]所述風機模擬裝置中采用直流調速機模擬海上風電機組的原動機，所述風機模擬裝置具備獨立的監(jiān)控系統(tǒng)，并預留有接口與換流站監(jiān)控系統(tǒng)進行信息交互。
[0025]所述中央監(jiān)控系統(tǒng)采用客戶端/服務器的架構，包括實時監(jiān)測模塊、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]所述實時監(jiān)測模塊，用于負責實時地收集、監(jiān)視與顯示各換流站及其交流側電網(wǎng)的狀態(tài)信息和運行信息，并負責非正常運行設備、故障設備的告警；
[0027]所述控制模塊，接收電力系統(tǒng)調度中心發(fā)出的控制指令，實現(xiàn)VSC-MTDC輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的啟?？刂啤Q流站控制模式的選擇、換流站控制指令值計算、緊急控制和輔助控制；
[0028]所述輔助決策模塊，利用離線計算和在線計算兩種手段，結合相應電網(wǎng)分析理論，實現(xiàn)直流系統(tǒng)運行狀態(tài)的計算和預測、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)可靠性評估和系統(tǒng)安全性評估；
[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，并進行數(shù)據(jù)回放、故障分析、故障診斷和打印報表；
[0030]所述通信模塊，用于顯示直流系統(tǒng)各層次網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，并提供自檢、調試與測試；
[0031]所述外部接口模塊包括人機接口和開放接口，人機接口用于管理員訪問、程序調試以及程序錯誤處理的系統(tǒng)軟件維護工作，開放接口用于為高級應用程序訪問中央監(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)，包括實時監(jiān)測模塊、控制模塊、故障錄波與分析模塊以及通信模塊，其中:
[0033]所述實時監(jiān)測模塊用于實時地監(jiān)測風電場換流站的換流器、閥組、冷卻系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及其他附屬設備運行狀態(tài)；
[0034]所述風電場實時監(jiān)測模塊能夠接收風