海上風電RMC-HVDC系統(tǒng)協(xié)調控制策略研究.pdf

1、海上風力發(fā)電-高壓直流輸電(high voltage direct current，HVDC)系統(tǒng)是風力發(fā)電及其功率傳輸技術的發(fā)展方向。由于海上運輸、安裝、維護的成本較高，這就要求海上風電-高壓直流輸電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)——換流器，具有高集成度、高可靠性和高效率等特點，并且還需要考慮新的換流器拓撲結構和控制策略來減少投資和運行成本。精簡矩陣變換器(reduced matrix converter，RMC)是一種從傳統(tǒng)矩陣變換器拓撲中衍生出來

2、的新型功率變換器，由其構成的RMC高頻鏈換流器具有轉換級數(shù)少、功率密度高、效率高和可靠性高等優(yōu)點，因而在海上風電-高壓直流輸電系統(tǒng)中有著極大的應用前景。
　　近年來各國學者以海上風電-高壓直流輸電為應用背景，對RMC高頻鏈換流器的拓撲結構和調制策略等方面進行了研究，并取得了一定的成果。風速的波動性導致風電場輸出的有功功率不穩(wěn)定，交流系統(tǒng)故障等情況會使得岸上逆變器輸出有功功率受限而造成直流母線電壓泵升，危及設備的安全運行。然而，對各

3、種工況和故障情況下海上RMC-岸上電壓源換流器(voltagesource converter，VSC)協(xié)調控制策略的研究，以保證高壓直流輸電系統(tǒng)送受端有功功率傳輸平衡，國內外尚未見到相關報道。此外，基于RMC高頻鏈換流器的串聯(lián)多端海上風電-高壓直流輸電系統(tǒng)無需海上升壓變壓器即可提升電壓等級，減少了系統(tǒng)的尺寸和重量，提升了系統(tǒng)的功率密度和效率。
　　本文首先詳細分析了電壓型RMC的雙極性電壓空間矢量調制(bipolar volta

4、ge space vector pulse-width modulation，B-V-SVM)策略，并推導了輸入電壓和輸出電壓之間的數(shù)學關系。第二，提出了基于RMC的直驅海上風電-高壓直流輸電系統(tǒng)控制策略，實現(xiàn)了最大風能跟蹤(maximum power point tracking，MPPT)、直流穩(wěn)壓控制以及并網有功/無功功率解耦控制。為提高該系統(tǒng)的低電壓穿越(low-voltage ride-through，LVRT)能力，提出了基

5、于有功功率指令修正的RMC高頻鏈換流器功率協(xié)調控制策略，并結合變槳距角控制實現(xiàn)了高壓直流輸電系統(tǒng)海上RMC-岸上VSC的協(xié)調控制，在岸上電網電壓跌落時保持高壓直流輸電系統(tǒng)送受端有功功率傳輸平衡。第三，提出了基于RMC高頻鏈換流器的串聯(lián)多端海上風電-高壓直流輸電系統(tǒng)拓撲結構及其協(xié)調控制策略，該控制策略由風電場監(jiān)測控制(wind farm supervisory control，WFSC)、海上風電機組控制和網側并網控制組成，并采用最優(yōu)直流