海上風電經vsc-mtdc輸電并網系統的動態模擬系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種海上風電經VSC-MTDC(多端柔性直流)輸電并網系統的動態模擬系統。
【背景技術】
[0002]在化石能源供應緊張和環境污染日益加劇的多重壓力下，風能等可再生能源發電得以迅速地發展，尤其是大規模近海風電場的開發已經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，且海邊的電網大多為網架末端，海邊電網較為虛弱，因此，海上風電并網對所連接的電網穩定性和電能質量等產生了很大的影響。同時，由于交流電纜受過大容性電流的限制，無法實現這些海上風電場的遠距離供電。基于以上兩種因素，VSC-MTDC輸電方式成為了大型海上風電場并網的最佳方式，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柔性直流輸電并網系統的動模裝置”，公開了一種海上風電經柔性直流輸電并網系統的動模專利，該專利給出了并網系統的主電路和控制電路設計方法。專利號為201220206525.7的中國專利:“海上風電場并網的輕型直流輸電系統”，公開了一種輕型直流輸電系統設計方案，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”，公開了一種換流站的控制系統，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兩端柔性直流輸電系統的動模裝置，沒有提出多端柔性直流輸電并網系統動模裝置的設計方案，沒有涉及到多端柔性直流輸電并網系統的直流電壓控制和優化控制。
[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的主電路設計，沒有涉及到多端柔性直流輸電系統的主電路和控制系統設計。
[0006]3.200810038541.8中國專利僅給出了海上風電經兩端柔性直流輸電系統換流站的控制策略，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的控制系統設計。
[0007]為了實現用于海上風電并網時VSC-MTDC輸電系統運行與控制策略的研究，需要在實驗室環境下建立其動態模擬系統。
【發明內容】
[0008]本發明為了解決上述問題，提出了海上風電經VSC-MTDC輸電并網系統的動態模擬系統，本裝置可以為海上風電經VSC-MTDC輸電并網系統的系統方案、控制系統設計、控制策略研究、動態響應特性分析提供一個可靠方便的研究平臺，為系統工程開發和調試提供一個良好的測試環境。
[0009]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0010]—種海上風電經VSC-MTDC輸電并網系統的動態模擬系統，包括運行調度中心、換流站、海上風電場、直流網絡和交流網絡，其中:
[0011]所述運行調度中心設置有中央監控系統，用于負責海上風電經VSC-MTDC輸電并網系統的實時監視與控制；
[0012]所述換流站，包括風電場換流站和網側換流站，均設有監控系統，包括換流站監控主站、監控終端、數據采集終端、站內GPS時鐘模塊以及站內網絡，所述換流站監控主站用于換流站內所有設備的實時監測與控制，實時上傳狀態信息至中央監控系統并接收中央監控系統下發的指令；所述監控終端可通過數據采集電路采集換流站的實時狀態信息，通過固態開關監控電路實時地監測、控制固態開關，通過全控型半導體開關器件的監控電路來實現開關器件的監測與控制，通過其通信模塊可實時上傳狀態信息并接收換流站監控主站的下發指令；所述數據采集終端用于實時地采集換流站的交、直流電氣量狀態信息；所述站內GPS時鐘模塊用于換流站監控系統的精確定時，所述站內網絡負責實現換流站監控計算機與監控終端、數據采集終端間的通信；
[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]所述直流網絡采用直流線路構成相應的輻射狀或環狀網絡結構，所述交流母線與無窮大電源或普通電網、發電機、變壓器、線路以及綜合負荷相連。
[0015]所述中央監控系統設備有前置數據服務器、數據服務器、應用程序服務器、SCADA服務器、工作站、集中顯示屏以及通信網絡，其中:
[0016]所述前置數據服務器，用于監控數據的預處理、篩選和格式化；
[0017]所述數據服務器，用于數據的儲存和管理；
[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，用于實現并網系統的實時監視與控制；
[0020]所述工作站是人機交互的硬件設備，作為進行監視和控制的工作平臺；
[0021]所述通信網絡，用于實現運行調度中心內部各設備間、與換流站監控系統間的數據傳輸與交互。
[0022]所述風電場換流站包括主電路和監控系統，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，正極、負極系統結構對稱，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控系統，并預留有接口與換流站監控系統進行信息交互。
[0025]所述中央監控系統采用客戶端/服務器的架構，包括實時監測模塊、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]所述實時監測模塊，用于負責實時地收集、監視與顯示各換流站及其交流側電網的狀態信息和運行信息，并負責非正常運行設備、故障設備的告警；
[0027]所述控制模塊，接收電力系統調度中心發出的控制指令，實現VSC-MTDC輸電并網系統的啟停控制、換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，結合相應電網分析理論，實現直流系統運行狀態的計算和預測、系統靜態穩定性分析、系統暫態穩定性分析、系統可靠性評估和系統安全性評估；
[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據信息，并進行數據回放、故障分析、故障診斷和打印報表；
[0030]所述通信模塊，用于顯示直流系統各層次網絡的運行狀態，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軟件維護工作，開放接口用于為高級應用程序訪問中央監控系統提供統一規范的接口。
[0032]所述換流站的監控系統，包括實時監測模塊、控制模塊、故障錄波與分析模塊以及通信模塊，其中:
[0033]所述實時監測模塊用于實時地監測風電場換流站的換流器、閥組、冷卻系統、通信系統的運行狀態以及其他附屬設備運行狀態；
[0034]所述風電場實時監測模塊能夠接收風