风机构网二极管LCC混合换流器直流送出系统及其控制方法

本发明涉及风电直流送出，特别是涉及风机构网二极管lcc混合换流器直流送出系统及其控制方法。

背景技术：

1、为实现低碳发展的目标，海上风电发电得到了快速发展。为了获得更大的海域和更稳定的风能，大型海上风电场与沿海地区之间的距离正在迅速增长。高压直流输电已被认为是远距离海上风电场的首选方式。如今，模块化多电平转换器(mmc)具有易于实现多电平和优异谐波性能等优点，在用于远海风电直流输电的工业应用中最为广泛。然而，mmc的体积和重量大，给海上直流平台的安装、运输和维护带来了巨大的技术和经济挑战。

2、远海风电场基于二极管整流器的直流输电技术近年来越来越受到关注。与mmc相比，二极管具有低成本、低重量、高效率和高可靠性的优势。然而，二极管直流输电方案的主要挑战是二极管不能为海上交流电网提供电压和频率。因此，风机变流器应具备构网控制而非传统的电网跟随控制，以建立海上电网电压和频率，同时实现数百台风机的同步运行。风机构网二极管直流输电系统的控制是目前仍待研究和解决的问题。

3、在现有的风机构网二极管直流送出系统中，最主要的方式是风机采用构网控制技术实现风电场交流系统电压、频率的控制。早期的研究通常是采用集中式的控制方式，例如通过获取海上公共耦合点的滤波器电容电压作为参考相位进行电压和频率的控制；抑或是各台风机装设全球定位系统实现公共相位参考，但是这类方式需要依赖高速通信。为了避免高速通信，分布式的风机构网控制方法近年来受到关注。由于通常二极管直流送出系统受端的模块化多电平换流器采用定直流电压控制方式，维持直流系统电压恒定，此时二极管整流器输出的有功功率是由风机控制风电场交流电网电压实现的。一类方式是有功-电压比例积分、无功-频率下垂控制方法，即控制机端电压实现有功控制，控制机端频率实现无功控制与分配。然而这种方式与传统交流系统中的有功-频率、无功-电压的解耦控制关系相矛盾，会造成有功、无功的强烈耦合，容易引发振荡以及稳定性恶化的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明提出了一种风机构网二极管lcc混合换流器直流送出系统，提出一种新的二极管晶闸管(lcc)串联阀结构，增加了送端的功率调节自由度，并相应提出风机功率解耦构网、串联阀协调控制策略。

3、本发明的另一个目的在于提出一种直流输电混合换流器的控制方法。

4、本发明的第三个目的在于提出一种风机网侧变流器的控制方法。

5、为达上述目的，本发明一方面提出一种风机构网二极管lcc混合换流器直流送出系统，包括风机网侧变流器、十二脉动二极管lcc串联阀换流器；

6、所述风机网侧变流器的直流输入端连接风机机侧变流器直流母线电容，交流输出端接入风电场交流集电网络，以进行每台风机捕获风电的直流-交流逆变；

7、所述十二脉动二极管lcc串联阀换流器将风电经过直流输电线路接入受端模块化多电平换流器，经过直流-交流逆变，交流输出端接入受端电网，以进行风电并网。

8、本发明实施例的风机构网二极管lcc混合换流器直流送出系统还可以具有以下附加技术特征：

9、在本发明的一个实施例中，所述十二脉动二极管lcc串联阀换流器采用大容量二极管作为主体，并串联小容量lcc，对应交流输入端共同接入风电场交流集电网络公共耦合点，直流输出端串联接入直流输电线路正负端。

10、为达上述目的，本发明另一方面提出一种直流输电混合换流器的控制方法，包括：

11、基于风电场公共耦合点处三相电压瞬时值得到电网频率值；

12、根据设定的风电场频率基准值和所述电网频率值计算频率偏差信号；

13、将所述频率偏差信号输入第一比例控制器后输出直流电流参考值；

14、根据采集的直流电流和所述直流电流参考值计算直流电流偏差信号；

15、将所述直流电流偏差信输入第一比例积分控制器后输出lcc触发角。

16、为达上述目的，本发明另一方面提出一种风机网侧变流器的控制方法，包括：

17、根据设定的风机网侧变流器输出的有功功率参考值和采集的风机网侧变流器输出的有功功率计算功率偏差信号；

18、将功率偏差信号输入第二比例积分控制器后与所述风电场频率基准值求和得到风机网侧变流器频率参考值；

19、利用所述风机网侧变流器频率参考值对时间积分得到相位参考值；

20、基于设定的风机网侧变流器输出的无功功率参考值和采集的风机网侧变流器输出的无功功率计算无功偏差信号；

21、将所述无功偏差信号输入第二比例控制器后与基准电压求和得到电压幅值参考值：

22、将所述电压幅值参考值和所述相位参考值通过电流限幅和阻尼控制内环得到最终换流器内电势的幅值和相位，以最终计算得到风机网侧变流器三相内电势参考值；

23、对所述风机网侧变流器三相内电势参考值进行脉冲宽度调制，以得到风机网侧变流器的控制脉冲信号。

24、本发明实施例的风机构网二极管lcc混合换流器直流送出系统及其控制方法，提出一种新型的二极管lcc串联阀送端换流器，以大容量二极管作为主体换流阀部分，保持传统二极管直流输电整流器的大容量、低成本的优势；其中串联一个小容量的lcc换流阀，从而为送端换流器增加一个电压调节的自由度，实现直流的主动功率调节。

25、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种风机构网二极管lcc混合换流器直流送出系统，其特征在于，包括：风机网侧变流器、十二脉动二极管lcc串联阀换流器；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述十二脉动二极管lcc串联阀换流器采用大容量二极管作为主体，并串联小容量lcc，对应交流输入端共同接入风电场交流集电网络公共耦合点，直流输出端串联接入直流输电线路正负端。

3.一种应用于权利要求1所述系统的直流输电混合换流器的控制方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述频率偏差信号输入第一比例控制器后输出直流电流参考值，计算公式为：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述直流电流偏差信输入第一比例积分控制器后输出lcc触发角，计算公式为：

6.一种应用于权利要求1所述系统的风机网侧变流器的控制方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将功率偏差信号输入第二比例积分控制器后与所述风电场频率基准值求和得到风机网侧变流器频率参考值，计算公式为：

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述无功偏差信号输入第二比例控制器后与基准电压求和得到电压幅值参考值，计算公式为：

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述风机网侧变流器三相内电势参考值的各分量形式为：

技术总结
本发明公开了风机构网二极管LCC混合换流器直流送出系统及其控制方法，该系统包括：风机网侧变流器、十二脉动二极管LCC串联阀换流器；风机网侧变流器的直流输入端连接风机机侧变流器直流母线电容，交流输出端接入风电场交流集电网络，以进行每台风机捕获风电的直流‑交流逆变；十二脉动二极管LCC串联阀换流器将风电经过直流输电线路接入受端模块化多电平换流器，经过直流‑交流逆变，交流输出端接入受端电网，以进行风电并网。本发明提出一种新的二极管晶闸管(LCC)串联阀结构，增加了送端的功率调节自由度，并相应提出风机功率解耦构网、串联阀协调控制策略，并且该串联LCC的容量几乎不增加系统成本、无功和滤波需求。

技术研发人员：宋强,王凯伦,赵彪,余占清,曾嵘,刘文华
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27