海上风电柔性直流输电变流器的研究与开发.pdf

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1、第卷第期电力自动化议备年月海上风电柔性直流输电变流器的研究与开发,,李响王志新刘文晋,上海交通大学电气工程系上海,,摘要基于可关断电力电子器件和技术结合海上风电场长距离直流输电的特点对海上风电柔性直。。流输电变流器进行了分析和研究根据变流器主电路拓扑结构建立了系统在三相静止坐标系和两相旋一,、转坐标系下的数学模型变流器控制系统采用双闭环控制选取前馈解藕控制策略对电流内环的有功,无功电流进行解藕同时引入电流状态反债和网侧电压前馈补偿提高了系统的动态性能和杭干扰能力系统,,。,采用五段式空间矢量调制方

2、法有效地降低了开关频率减少开关损耗仿真结果证明该变流器适用于海上风电场柔性直流输电系统。关键词柔性直流输电变流器双闭环控制电流状态反馈电压前馈补偿空间矢量一一一中图分类号文献标识码文章编号直流输电变流器变换为交流电后送。人公共电网各海上风电柔性直流输电简介、风电机组的有功无功功率由送端直流输电变流器、一。柔性直流输电是一种以电压源换流器〕集中控制绝缘栅双极晶体管和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。该技术具有可向无源变流器主电路拓扑结构与数学建模网络供电、能实现输电系统有功功率和无功功率的主电路

3、拓扑结构、,独立控制无需额外增加无功补偿设备等优点符合柔性直流输电是在可关断开关器件和,海上风力发电场长距离输电的要求成为海,上风电基础上采用技术发展起来的其核心部件为。场联网的首选技术柔性直流输电技术在国外已得两端的。使用具有高频开断功能的开关,到推广应用一些用于风电联网的商业化运行工程,器件以控制方式对变流电路开关器件的通,,从投运到现在运行良好产生了巨大的经济与环保断进行控制在个固定的直流电压间快速切换产一。效益〕基于轻型高压直流输电的发电,生交汉魂压并通过交流低通滤波器从高频脉冲调得到期。

4、,机集中控制并网是目前海上风电厂电能直流输送的制电厂脚望的基波电压使用技术。,普遍应用方案如图所示各风力发电机输出的,可瞬时地改变交流输出电压的相位与幅值从而实交流电经升压变压器升压后用交流海底电缆送到风现有功与无功的独立调节。经变流电路产生,一。电场内轻型送端换流站的公共交流母线上的交流电压可随控制系统的变化而变化〕送端直流输电变流器将交流电变换为直流电后用轻柔性直流输电变流器基于的主电路拓扑,型海底电缆送到岸上受端换流站再经受端。,。。、。、。。结构如图所示图中为三相网侧电动势。、、。、。,为

5、三相交流侧输入电流为送端和受端直流电压为网侧滤波电感为滤波电感寄生」·一电阻与功率开关内阻合并后的等效电阻为直流淤回夺翁圃夺端侧滤波电容为直流传输线阻为串联结丛争」生今直流侧图基于轻型竹兀的海上风电场发电机集中控制并网以二一一一收稿日期修回日期一基金项目上海市白玉兰科技人才基金砌教育部留学回国科研基金教外司〕号上海图三相柔性直流翰电变流器主电路拓扑市教育发展基金中国博士后基金一而第期李响,等海上风电柔性直流输电变流器的研究与开发。构的功率开关器件、为续流二极管。保证整流器正常工作三相输出直流母线电

6、,从图可以看出主电路由交流侧三相电压中的。次谐波会经过调制后在网侧输人电、、,感三相全控桥直流侧滤波电容组成下面介绍对,流中产生次谐波所以它也有减小输人电流谐。系统的作用和影响波的作用。交流滤波电感,正常工作时能量在电,,变流器数学模型的建立,网侧和整流桥之间流动存储在电感上然后通过整,,。为分析方便做如下假设电网输人为理想电流桥释放到直流侧实现整流电感是保证,,,。源即三相电压平衡幅值相等相位相差波形三相正常运行的必要条件电感值的大小对,,,为理想的正弦波电网侧滤波电感是线性的不考虑系统影响很大

7、增大电感值可以减小输人电流谐,,,饱和各相电感大小和寄生电阻阻值相等功率管为波但是如果过大将导致系统的动态响应速度变慢,,同时还会影响系统的带负载能力。理想开关没有过渡过程和功率损耗通断状态可由,三相全控桥快速切换功率开关产生交流侧开关函数式描述并且不考虑死区对系统的影响。电,,开关频率远大于电网频率忽略由开关引起的谐波压控制其基波的大小和相位从而获得所期望的交流侧电流和功率。针对柔性直流输电变流器功率变流器在三相静止坐标系下的数学模型、,。大电压等级高的特点开关器件可选用多个功率管定义单极性二值

8、逻辑开关函数为,串联结构如多个串联结构为了减少变流,上桥臂导通下桥臂关断,,,。器的开关损耗其开关频率也不宜过高。,下桥臂导通上桥臂关断。直流滤波电容电压型变流器的标志,根据变流器主电路拓扑结构可得其在三相静,,其作用是稳定直流侧电压滤除直流电压脉动成分止坐标系下的数学模型如下。。日阵巴卜汁几户﹄一。一‘、一告日︺︹︶八,︺︸﹁一况·门一。一,卜嘛告⋯扭矛、岁、夕、曰。。。。一一,⋯告一一裁一变流器在同步旋转坐标系下的数学模型、、己、、三相交流侧输出电压的分量为,三相静止坐标系下变