[发明专利]基于全桥MMC直流侧串联的海上风电并网系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于全桥MMC直流侧串联的海上风电并网系统的控制方法，其特征在于：所述海上风电并网系统由多台原动机，齿轮箱，风力发电机，隔离变压器，全桥MMC组成的多台海上平台设备，直流电缆，以及设置在陆地上的并网变流器构成；其中，每台原动机将风力转换成风叶旋转的机械能，经过变速的齿轮箱加速后，驱动风力发电机的转子旋转，风力发电机将机械能转化成电能；风力发电机的输出端接隔离变压器的一次绕组，隔离变压器的二次绕组接全桥MMC的交流侧；多台海上平台设备中的全桥MMC的直流侧依次串联连接，再通过电抗器与并网变流器连接形成串联回路；并网变流器的交流侧接入电网；所述风力发电机采用极对数的工频异步感应电机；

所述控制方法包括：各全桥MMC交流侧电压的幅值控制、各全桥MMC直流侧的电压控制和并网变流器直流侧的电流控制三部分；其中

所述各全桥MMC交流侧电压的幅值控制具体包括：在运行过程中，全桥MMC输出电压和输出频率的比值为定值；有功功率参考值(P_ref)由最大功率跟踪控制(MPPT)或是上级调度给出，将有功功率参考值与风力发电机的实际功率(P)做比较，得到有功功率偏差(ΔP)，经过比例积分控制器计算，得到频率的偏差(Δf)，然后将频率偏差(Δf)与风力发电机的转速计算得出的频率(f₀)相加，得到全桥MMC交流侧输出频率的参考值(f_MMC)，该参考值乘以频率与电压的比值(k)，得到全桥MMC交流侧电压的幅值(U_MMC)，用该电压幅值(U_MMC)控制各全桥MMC交流侧电压的幅值；

所述各全桥MMC直流侧的电压控制具体包括：将电容电压的参考值(U_capref)与实际电容电压的平均值(U_cap)做差，得到电容电压的偏差(ΔU_cap)，然后经过比例积分控制PI计算，得到全桥MMC直流侧输出电压的参考值(U_dcMMC)，用该全桥MMC直流侧输出电压的参考值(U_dcMMC)控制全桥MMC直流侧的电压，使全桥MMC的直流侧电压在正的最大值和负的最大值之间调整，并通过调整每个全桥MMC的直流侧输出电压来控制各个风力发电机的输出功率；所述并网变流器直流侧的电流控制具体包括：将并网变流器直流侧的实际电流(I_dc)与参考电流(I_dcref)做比较，得到并网变流器直流侧电流的偏差(ΔI_dc)，经过比例积分控制PI计算，得到并网变流器的触发角(α)，用该触发角(α)控制并网变流器直流侧的电流。

2.如权利要求1所述海上风电并网系统的控制方法，其特征在于：所述全桥MMC由三个相同的相单元并联构成；其中，三个相单元的上端并联连接作为全桥MMC直流侧的正极，三个相单元的下端并联连接作为全桥MMC直流侧的负极；每个相单元均由上下两个相同的桥臂以及串联在两个桥臂之间的两个电抗器构成，每个桥臂由一个或多个相同的全桥子模块(SM)串联构成，全桥子模块的个数与全桥MMC的电压等级成正比；每个相单元的两个电抗器之间均为交流侧输出端。

3.如权利要求2所述海上风电并网系统的控制方法，其特征在于：所述全桥子模块由四个相同的带有反并联的二极管以及直流侧电容构成；其中，第一二极管(T₁)的发射极与第三二极管(T₃)的集电极相连作为交流侧输出端的正极，第二二极管(T₂)的发射极与第四二极管(T₄)的集电极相连作为交流侧输出端的负极，第一二极管(T₁)的集电极、第二二极管(T₂)的集电极与电容的正极相连作为直流侧的正极，第三二极管(T₃)的发射极、第四二极管(T₄)的发射极与电容的负极相连作为直流侧的负极。

4.如权利要求1所述海上风电并网系统的控制方法，其特征在于：所述并网变流器由四个晶闸管变流器、四个变压器以及无功补偿与滤波装置构成；其中，四个晶闸管变流器的直流侧依次串联连接，第一晶闸管变流器(SRC₁)的上端和第四晶闸管变流器(SRC₄)的下端均作为直流侧，第二晶闸管变流器(SRC₂)与第三晶闸管变流器(SRC₃)连接段的中间接地；四个晶闸管变流器的交流侧分别与四个变压器副边相连；第一变压器(TR₁)和第三变压器(TR₃)的原边与副边均采用三角形接法，第二变压器(TR₂)和第四变压器(TR₄)的原边采用星形接法，副边采用三角形接法，其目的为令第一晶闸管变流器(SRC₁)与第二晶闸管变流器(SRC₂)的交流侧电压相差30度相位，第三晶闸管变流器(SRC₃)与第四晶闸管变流器(SRC₄)的交流侧电压相差30度相位；四个变压器的原边依次并联，通过无功补偿与滤波装置并联接入电网；并网变流器用于控制由多个全桥MMC依次串联形成回路的电流。