基于精簡矩陣變換器的海上風電高壓直流輸電控制策略研究.pdf

1、海上風力發(fā)電具有受環(huán)境影響小、風能資源豐富、機組年利用小時數(shù)高等優(yōu)點，且風電場離海岸越遠，風速越大且穩(wěn)定，風電場輸出功率更高、更穩(wěn)定。在遠距離輸電中，高壓直流輸電(high voltage direct current transmission，HVDC)比交流輸電具有更高的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和可靠性。海上風力發(fā)電與高壓直流輸電結(jié)合是未來風力發(fā)電及其電能傳輸技術(shù)的發(fā)展方向。
　　換流器是海上風力發(fā)電機組和HVDC的核心環(huán)節(jié)，由于海上風

2、電地理環(huán)境的特殊性，海上風電HVDC對換流器在體積、重量、可靠性、效率等方面提出了更高要求。雖然，基于DCgrid的海上風電HVDC系統(tǒng)解決了基于ACgrid的海上風電HVDC存在著的變壓器體積龐大問題，但仍存在不足之處：傳統(tǒng)換流器轉(zhuǎn)換級數(shù)較多，增加了能量損耗；電解電容的使用增加了系統(tǒng)體積和重量的同時，降低了系統(tǒng)可靠性。精簡矩陣變換器(reduced matrix converter，RMC)是從雙級矩陣變換器拓撲中衍生出的一種新型功率

3、變換器，具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換級數(shù)少和可靠性高等優(yōu)點，因此，RMC成為海上風電HVDC系統(tǒng)一種理想的功率變換器。目前，雖然在RMC的拓撲、調(diào)制策略、損耗分析等方面的研究取得一定成果，但RMC的換流策略復雜，亟待改進，且未有文獻能針對具體的風電機組提供完整的RMC-HVDC控制策略，而國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究尚屬空白。
　　本文首先介紹了RMC換流器的拓撲結(jié)構(gòu)及其工作原理，對RMC雙極性電流空間矢量調(diào)制(bipolar current

4、space vector pulse-width modulation，B-C-SVM)策略進行了詳細分析，推導了 RMC換流器輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系式，并給出了 B-C-SVM的簡化算法。接著，提出了RMC的一種新型兩步換流策略，其優(yōu)勢體現(xiàn)在：不需要增加電壓/電流硬件檢測電路，成本比較低；每個換流狀態(tài)（即每個矢量）為兩個單相開關(guān)導通，不需要輔助開關(guān)保持驅(qū)動，可防止輸入相短路，減少開關(guān)導通個數(shù)和開關(guān)損耗；換流策略簡單，適用于整個換

5、流區(qū)間；利用開關(guān)關(guān)斷時間遠大于開通時間這一特性，可簡化成一步換流。其次，結(jié)合RMC在HVDC中的應用優(yōu)勢，將RMC換流器作為海上風電直流風電機組的機側(cè)換流器，建立了基于RMC的海上風電HVDC系統(tǒng)各個模塊的數(shù)學模型，提出了基于RMC的海上風電HVDC系統(tǒng)的綜合控制策略，實現(xiàn)了直流風電機組的最大風能追蹤控制、并網(wǎng)有功/無功解耦控制和HVDC功率平衡控制等。最后，建立了基于RMC的海上風電HVDC系統(tǒng)的仿真模型，仿真結(jié)果驗證了所提控制策略的