基于精簡(jiǎn)矩陣變換器的海上風(fēng)電高壓直流輸電控制策略研究.pdf_第1頁(yè)
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1、海上風(fēng)力發(fā)電具有受環(huán)境影響小、風(fēng)能資源豐富、機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)高等優(yōu)點(diǎn),且風(fēng)電場(chǎng)離海岸越遠(yuǎn),風(fēng)速越大且穩(wěn)定,風(fēng)電場(chǎng)輸出功率更高、更穩(wěn)定。在遠(yuǎn)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(jì)性、穩(wěn)定性和可靠性。海上風(fēng)力發(fā)電與高壓直流輸電結(jié)合是未來風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組和HVDC的核心環(huán)節(jié),由于海上風(fēng)

2、電地理環(huán)境的特殊性,海上風(fēng)電HVDC對(duì)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(fēng)電HVDC系統(tǒng)解決了基于ACgrid的海上風(fēng)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(jí)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(shí),降低了系統(tǒng)可靠性。精簡(jiǎn)矩陣變換器(reduced matrix converter,RMC)是從雙級(jí)矩陣變換器拓?fù)渲醒苌龅囊环N新型功率

3、變換器,具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)少和可靠性高等優(yōu)點(diǎn),因此,RMC成為海上風(fēng)電HVDC系統(tǒng)一種理想的功率變換器。目前,雖然在RMC的拓?fù)?、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(fù)雜,亟待改進(jìn),且未有文獻(xiàn)能針對(duì)具體的風(fēng)電機(jī)組提供完整的RMC-HVDC控制策略,而國(guó)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作原理,對(duì)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(jìn)行了詳細(xì)分析,推導(dǎo)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(jiǎn)化算法。接著,提出了RMC的一種新型兩步換流策略,其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在:不需要增加電壓/電流硬件檢測(cè)電路,成本比較低;每個(gè)換流狀態(tài)(即每個(gè)矢量)為兩個(gè)單相開關(guān)導(dǎo)通,不需要輔助開關(guān)保持驅(qū)動(dòng),可防止輸入相短路,減少開關(guān)導(dǎo)通個(gè)數(shù)和開關(guān)損耗;換流策略簡(jiǎn)單,適用于整個(gè)換

5、流區(qū)間;利用開關(guān)關(guān)斷時(shí)間遠(yuǎn)大于開通時(shí)間這一特性,可簡(jiǎn)化成一步換流。其次,結(jié)合RMC在HVDC中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),將RMC換流器作為海上風(fēng)電直流風(fēng)電機(jī)組的機(jī)側(cè)換流器,建立了基于RMC的海上風(fēng)電HVDC系統(tǒng)各個(gè)模塊的數(shù)學(xué)模型,提出了基于RMC的海上風(fēng)電HVDC系統(tǒng)的綜合控制策略,實(shí)現(xiàn)了直流風(fēng)電機(jī)組的最大風(fēng)能追蹤控制、并網(wǎng)有功/無(wú)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(fēng)電HVDC系統(tǒng)的仿真模型,仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提控制策略的

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