海上風(fēng)電RMC-HVDC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略研究.pdf

1、海上風(fēng)力發(fā)電-高壓直流輸電(high voltage direct current，HVDC)系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電及其功率傳輸技術(shù)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(fēng)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(jié)構(gòu)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(gòu)成的RMC高頻鏈換流器具有轉(zhuǎn)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(fēng)電-高壓直流輸電系統(tǒng)中有著極大的應(yīng)用前景。
　　近年來各國學(xué)者以海上風(fēng)電-高壓直流輸電為應(yīng)用背景，對RMC高頻鏈換流器的拓撲結(jié)構(gòu)和調(diào)制策略等方面進行了研究，并取得了一定的成果。風(fēng)速的波動性導(dǎo)致風(fēng)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(shè)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(diào)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(nèi)外尚未見到相關(guān)報道。此外，基于RMC高頻鏈換流器的串聯(lián)多端海上風(fēng)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(diào)制(bipolar volta

4、ge space vector pulse-width modulation，B-V-SVM)策略，并推導(dǎo)了輸入電壓和輸出電壓之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。第二，提出了基于RMC的直驅(qū)海上風(fēng)電-高壓直流輸電系統(tǒng)控制策略，實現(xiàn)了最大風(fēng)能跟蹤(maximum power point tracking，MPPT)、直流穩(wěn)壓控制以及并網(wǎng)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(diào)控制策略，并結(jié)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(diào)控制，在岸上電網(wǎng)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(fēng)電-高壓直流輸電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)及其協(xié)調(diào)控制策略，該控制策略由風(fēng)電場監(jiān)測控制(wind farm supervisory control，WFSC)、海上風(fēng)電機組控制和網(wǎng)側(cè)并網(wǎng)控制組成，并采用最優(yōu)直流