[发明专利]海上风电场柔性直流输电直流变流器的均流控制方法

说明书

本发明涉及海上风电场柔性直流输电直流变流器拓扑结构及其均流控制方法，属风电领域。该拓扑包括若干个由前后级变换器级联而成的直流变流器模块，采用输入输出并联结构，一端与低压侧母线相连，另一端与高压侧母线相连。该均流方法是：取所有模块的低压侧电流平均值为各模块低压侧电流参考值，减去其实际值经PI得均流补偿量i_ck；低压侧母线电压参考值减去其实际值经PI后限幅，得各模块前级变换器输出电流参考值，减去其实际值并与i_ck相加，经PI产生前级变换器的驱动；各模块前级变换器的输出电压参考值减去其实际值经PI后限幅，得各模块后级变换器输出电流参考值，减去其实际值经PI产生后级变换器的驱动，实现均流、升压等功能。

技术领域

本发明涉及一种变流器，尤其是海上风电场柔性直流输电直流变流器的均流控制方法，属于风电技术领域。

背景技术

海上风电是风电技术的前沿领域，为目前国际风电产业发展的重点领域，发展海上风电是大势所趋。传统海上风电采用交流并网，风电机组通过交直交变流器输出690V/50Hz交流电，经工频变压器升压后由海底电缆汇至交流母线并网。近年来柔性直流输电技术因具有运行控制灵活、电能质量好等优势在海上风电中的应用越来越广泛。目前海上风电场发电系统采用的柔性直流输电并网技术方案有两种：集中控制交流母线并网和分散控制直流母线并网。但两者均和传统交流并网一样，每台风电机组均需在机舱或塔架内安装工频变压器，导致机舱重、空间拥挤，施工、运维困难等问题，不能适应海上风电发展需求。

为此，一种全新的海上风电场多端柔性直流输电并网系统可解决上述问题。在这个并网系统中，无论是双馈型风电机组，还是永磁直驱型风电机组，其变流器系统均包括前端AC/DC部分和后端DC/DC直流升压部分(称为直流网侧变流器GSC)，而其中的直流网侧变流器GSC直接与直流高压电网连接。GSC作为直流输电系统中关键部件之一，其功能是：在风电机组正常工作时，GSC实现直流升压功能，将风力发电机发出的功率传输给直流电网，同时维持其低压侧电压稳定。由此可见，GSC可实现直流高增益变压，因而无需工频变压器，占地面积小、损耗低，可有效解决海上风电场柔性直流输电系统的制约瓶颈。

GSC是一种大功率直流变流器。传统的直流变流器按输入/输出是否电气隔离分成隔离型与非隔离型，隔离型直流变流器主要包括Forward、Flyback、Push-pull、Half-bridge和Full-bridge等结构，它们均具有输入和输出端不共地的特点，隔离型直流变流器输入电流的脉动较大，要实现较大升压功能时所需变压器的匝数比大。由于需要使用高频变压器，其效率或功率密度的改善会受到一定的瓶颈限制，且控制复杂。非隔离型拓扑主要包括级联型、低输入电流纹波型、开关单元型、交错并联型、耦合电感型等。与隔离型相比，非隔离型直流变流器具有高效率、高功率密度、结构简单等优势，已成为直流变换技术中的研究重点。

此外，为了实现MW级大功率传输，GSC必须采用多个直流变流器模块并联。但在实际使用中，往往会因制造工艺导致各个模块的电感、电容、开关管等器件的参数不完全一致以及开关管导通/截止不同步等因素而产生不均流问题。其后果是：某个或某些模块将发生过载，运行一段时间后将率先发生故障而损毁，进而导致整个装置损坏，大大降低了系统可靠性。因此需要制定有效并且符合实际工况的均流控制策略。

目前均流控制方法主要分为被动均流法和主动均流法。被动均流法又称输出阻抗法，它是通过调整变流器的输出阻抗来实现均流，属于开环控制，优点是控制方法简单，缺点是该方法牺牲变流器外特性来达到均流，只适合用在负载功率不高的场合。主动均流法由不同的均流控制方式和不同的均流母线形成方式组合而成，其中，均流控制方式分为外环调节法、内环调节法、双环调节法和外加控制器法；从均流母线形成方式来看，可以细分为平均法和主从法，优点是均流精度较高，且应用场合多，缺点是存在均流环带宽比较窄，均流母线的存在容易引起系统的不稳定，损耗较高。

发明内容