本發明涉及海上風電直流輸電工程領域，具體涉及一種海上風電直流輸電系統及其故障清除方法。

背景技術：

1、隨著風力發電技術的發展及應用，并且陸上風電開發已逐漸趨向飽和，海上風電具有巨大的開發潛力。海上風電對環境的負面影響較小、風速較為穩定，發電量大，海上風電是未來風電發展的一個趨勢。

2、公開號為cn117526394a的中國專利申請公開了一種海上風電直流系統，該系統提出了海上風電發出的電能通過海上換流站逆變成直流，經直流海纜登陸后，在陸上直流匯集站進行匯集，再通過直流架空線輸送到負荷中心的技術方案。

3、但是該專利申請存在以下技術問題：海上換流站與陸上換流站采用了相同的接線形式：對稱單極或對稱雙極。對于海上換流站與陸上換流站都采用對稱單極的接線方案，若直流架空線出現故障，系統將損失100％的功率，嚴重影響受端電網的穩定性，對于網架較弱的受端電網該方案將不適用。對于海上換流站與陸上換流站都采用對稱雙極的接線方案，對稱雙極接線的海上換流站聯接變壓器閥側存在直流偏置電壓，造成海上換流站平臺布置設計復雜，且中性線直流海纜造價昂貴，導致整體造價較高，經濟性較差。其次，未考慮到海上風電場的出力間歇性和波動性，由于海上風電場利用小時數不高，若無法統籌沿海火電、核電等調節性電源與海上風電打捆送出，將造成海上風電柔性直流輸電系統的可利用率較低，綜合投資成本高。

技術實現思路

1、本發明通過提供一種海上風電直流輸電系統及其故障清除方法，以解決現有海上風電直流輸電系統無法兼顧輸電穩定性和經濟性的技術問題。

2、為達到上述目的，本發明采用如下技術方案。

3、一方面，提供一種海上風電直流輸電系統，包括海上風電場、海上送端換流站、送端交流電網、陸上送端換流站、陸上直流匯集站、陸上受端換流站和負荷中心交流電網；

4、所述陸上直流匯集站配置有匯流母線，所述匯流母線具有正極、負極和中性線；

5、所述海上送端換流站采用對稱單極接線形式，所述陸上送端換流站和陸上受端換流站均采用對稱雙極接線形式；

6、所述海上送端換流站的交流側與海上風電場電連接，直流側分別與匯流母線的正極和負極電連接；

7、所述陸上送端換流站的交流側與送端交流電網電連接，直流側分別與匯流母線的正極、負極和中性線電連接；

8、所述陸上受端換流站的直流側分別與匯流母線的正極、負極和中性線電連接，交流側與負荷中心交流電網電連接。

9、本申請通過采用海上換流站采用單極接線、陸上換流站采用對稱雙極接線的技術方案，兼顧了海上風電直流輸電系統的輸電穩定性和經濟性。

10、在一些實施例中，所述海上送端換流站采用半橋mmc拓撲結構，所述陸上送端換流站和陸上受端換流站均采用全橋半橋混合mmc拓撲結構。

11、在一些實施例中，所述陸上送端換流站和陸上受端換流站的正極通過正極直流架空線與匯流母線的正極電連接，所述陸上送端換流站和陸上受端換流站的負極通過負極直流架空線與匯流母線的負極電連接，所述陸上送端換流站和陸上受端換流站的中性線通過中性線直流架空線與匯流母線的中性線電連接；所述正極直流架空線和負極直流架空線的兩端均配置有高速直流開關，所述中性線直流架空線的兩端均配置有交流斷路器。

12、在一些實施例中，所述陸上送端換流站和陸上受端換流站的中性線上配置有中性線轉換開關。

13、在一些實施例中，所述海上送端換流站的正極、負極通過直流海纜分別與匯流母線的正極、負極電連接；直流海纜上配置有直流斷路器；兩根直流海纜之間配置有直流耗能裝置。

14、在一些實施例中，所述直流耗能裝置設置在海上換流站內或者陸上直流匯集站內。

15、在一些實施例中，所述陸上送端換流站設置陸上直流匯集站內。

16、在一些實施例中，所述送端交流電網可連接火電站或核電站。

17、由于對稱單極接線的海上換流站無中性線回路，在直流架空線發生單極接地故障情況下，對稱雙極接線的陸上換流站的中性線無法形成回路，無法實現海上風電柔性直流輸電系統的故障穿越。因此，為實現海上風電柔性直流輸電系統的故障穿越，本發明還提供一種上述海上風電直流輸電系統的故障清除方法，包括如下步驟：

18、s1、當檢測到陸上受端換流站的直流架空線出現接地故障時，斷開所有直流斷路器，投入直流耗能裝置，海上換流站不閉鎖，陸上送端換流站或陸上受端換流站中發生故障的換流單元轉入零功率控制模式；

19、s2、當檢測到直流架空線故障點去游離后，將所有發生故障的換流單元的直流電壓提升至額定值；

20、s3、若檢測到發生接地故障的直流架空線的直流電壓恢復正常，直流斷路器合閘，直流耗能裝置退出；

21、若檢測到發生接地故障的直流架空線建立直流電壓失敗，則返回步驟s2；若失敗次數超過設定值，則將仍存在故障的換流單元轉入零功率控制模式，斷開對應故障線路兩側的直流高速開關；與故障線路連接的陸上換流站對應的發生故障的換流單元閉鎖，其它故障的極換流單元提升直流電壓至額定值；

22、s4、所有直流斷路器合閘，直流耗能裝置退出。

23、本發明至少具有如下技術效果或優點：

24、1、本發明可使得海上換流站具有平臺緊湊化、輕量化，無需中性線直流海纜等優點，顯著降低海上風電送出的投資；陸上換流站可實現單極故障下僅損失50％傳輸功率，可靠性高，對于網架較弱的受端電網友好。

25、2、在海上換流站采用單極接線和陸上換流站采用對稱雙極接線下，發生直流架空線故障時，可實現海上風電柔性直流輸電系統故障穿越，使海上換流站和陸上換流站采用不同接線形式的系統能夠安全穩定運行。

26、3、可實現沿海火電、核電等調節性電源與海上風電經直流匯集，通過直流架空線打捆送出至負荷中心受端電網，有利于平滑不穩定的海上風電場出力，提高海上風電柔性直流輸電系統的可利用率，降低綜合投資成本。

技術特征：

1.一種海上風電直流輸電系統，其特征在于，包括海上風電場、海上送端換流站、送端交流電網、陸上送端換流站、陸上直流匯集站、陸上受端換流站和負荷中心交流電網；

2.根據權利要求1所述的海上風電直流輸電系統，其特征在于：所述海上送端換流站采用半橋mmc拓撲結構，所述陸上送端換流站和陸上受端換流站均采用全橋半橋混合mmc拓撲結構。

3.根據權利要求1或2所述的海上風電直流輸電系統，其特征在于：所述陸上送端換流站和陸上受端換流站的正極通過正極直流架空線與匯流母線的正極電連接，所述陸上送端換流站和陸上受端換流站的負極通過負極直流架空線與匯流母線的負極電連接，所述陸上送端換流站和陸上受端換流站的中性線通過中性線直流架空線與匯流母線的中性線電連接；所述正極直流架空線和負極直流架空線的兩端均配置有高速直流開關，所述中性線直流架空線的兩端均配置有交流斷路器。

4.根據權利要求3所述的海上風電直流輸電系統，其特征在于：所述陸上送端換流站和陸上受端換流站的中性線上配置有中性線轉換開關。

5.根據權利要求1或2所述的海上風電直流輸電系統，其特征在于：所述海上送端換流站的正極、負極通過直流海纜分別與匯流母線的正極、負極電連接；直流海纜上配置有直流斷路器；兩根直流海纜之間配置有直流耗能裝置。

6.根據權利要求5所述的海上風電直流輸電系統，其特征在于：所述直流耗能裝置設置在海上換流站內或者陸上直流匯集站內。

7.根據權利要求1或2所述的海上風電直流輸電系統，其特征在于：所述陸上送端換流站設置陸上直流匯集站內。

8.根據權利要求1或2所述的海上風電直流輸電系統，其特征在于：所述送端交流電網包括火電站或核電站。

9.一種如權利要求1-5任一項所述的海上風電直流輸電系統的故障清除方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術總結
本發明公開了一種海上風電直流輸電系統及其故障清除方法，包括海上風電場、海上送端換流站、送端交流電網、陸上送端換流站、陸上直流匯集站、陸上受端換流站和負荷中心交流電網；所述海上送端換流站采用對稱單極接線形式，所述陸上送端換流站和陸上受端換流站均采用對稱雙極接線形式；所述海上送端換流站的直流側分別與匯流母線的正極和負極電連接；所述陸上送端換流站的直流側分別與匯流母線的正極、負極和中性線連接；所述陸上受端換流站的直流側分別與匯流母線的正極、負極和中性線連接。與現有技術相比，本發明不僅兼顧了海上風電直流輸電系統的輸電穩定性和經濟性，還實現了海上風電柔性直流輸電系統的故障穿越。

技術研發人員：陳鵬,胡雋璇,劉瑛蕊,曾智楨,胡科
受保護的技術使用者：中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28