[發(fā)明專利]基于全橋MMC直流側(cè)串聯(lián)的海上風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610249125.7
• 申請(qǐng)日: 2016-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN105790305B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭高朋;宋強(qiáng);劉文華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/46
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種基于全橋MMC直流側(cè)串聯(lián)的海上風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述海上風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)由多臺(tái)原動(dòng)機(jī)，齒輪箱，風(fēng)力發(fā)電機(jī)，隔離變壓器，全橋MMC組成的多臺(tái)海上平臺(tái)設(shè)備，直流電纜，以及設(shè)置在陸地上的并網(wǎng)變流器構(gòu)成；其中，每臺(tái)原動(dòng)機(jī)將風(fēng)力轉(zhuǎn)換成風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，經(jīng)過變速的齒輪箱加速后，驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端接隔離變壓器的一次繞組，隔離變壓器的二次繞組接全橋MMC的交流側(cè)；多臺(tái)海上平臺(tái)設(shè)備中的全橋MMC的直流側(cè)依次串聯(lián)連接，再通過電抗器與并網(wǎng)變流器連接形成串聯(lián)回路；并網(wǎng)變流器的交流側(cè)接入電網(wǎng)；所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用極對(duì)數(shù)的工頻異步感應(yīng)電機(jī)；

所述控制方法包括：各全橋MMC交流側(cè)電壓的幅值控制、各全橋MMC直流側(cè)的電壓控制和并網(wǎng)變流器直流側(cè)的電流控制三部分；其中

所述各全橋MMC交流側(cè)電壓的幅值控制具體包括：在運(yùn)行過程中，全橋MMC輸出電壓和輸出頻率的比值為定值；有功功率參考值(P_ref)由最大功率跟蹤控制(MPPT)或是上級(jí)調(diào)度給出，將有功功率參考值與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)際功率(P)做比較，得到有功功率偏差(ΔP)，經(jīng)過比例積分控制器計(jì)算，得到頻率的偏差(Δf)，然后將頻率偏差(Δf)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算得出的頻率(f₀)相加，得到全橋MMC交流側(cè)輸出頻率的參考值(f_MMC)，該參考值乘以頻率與電壓的比值(k)，得到全橋MMC交流側(cè)電壓的幅值(U_MMC)，用該電壓幅值(U_MMC)控制各全橋MMC交流側(cè)電壓的幅值；

所述各全橋MMC直流側(cè)的電壓控制具體包括：將電容電壓的參考值(U_capref)與實(shí)際電容電壓的平均值(U_cap)做差，得到電容電壓的偏差(ΔU_cap)，然后經(jīng)過比例積分控制PI計(jì)算，得到全橋MMC直流側(cè)輸出電壓的參考值(U_dcMMC)，用該全橋MMC直流側(cè)輸出電壓的參考值(U_dcMMC)控制全橋MMC直流側(cè)的電壓，使全橋MMC的直流側(cè)電壓在正的最大值和負(fù)的最大值之間調(diào)整，并通過調(diào)整每個(gè)全橋MMC的直流側(cè)輸出電壓來控制各個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率；所述并網(wǎng)變流器直流側(cè)的電流控制具體包括：將并網(wǎng)變流器直流側(cè)的實(shí)際電流(I_dc)與參考電流(I_dcref)做比較，得到并網(wǎng)變流器直流側(cè)電流的偏差(ΔI_dc)，經(jīng)過比例積分控制PI計(jì)算，得到并網(wǎng)變流器的觸發(fā)角(α)，用該觸發(fā)角(α)控制并網(wǎng)變流器直流側(cè)的電流。

2.如權(quán)利要求1所述海上風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述全橋MMC由三個(gè)相同的相單元并聯(lián)構(gòu)成；其中，三個(gè)相單元的上端并聯(lián)連接作為全橋MMC直流側(cè)的正極，三個(gè)相單元的下端并聯(lián)連接作為全橋MMC直流側(cè)的負(fù)極；每個(gè)相單元均由上下兩個(gè)相同的橋臂以及串聯(lián)在兩個(gè)橋臂之間的兩個(gè)電抗器構(gòu)成，每個(gè)橋臂由一個(gè)或多個(gè)相同的全橋子模塊(SM)串聯(lián)構(gòu)成，全橋子模塊的個(gè)數(shù)與全橋MMC的電壓等級(jí)成正比；每個(gè)相單元的兩個(gè)電抗器之間均為交流側(cè)輸出端。

3.如權(quán)利要求2所述海上風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述全橋子模塊由四個(gè)相同的帶有反并聯(lián)的二極管以及直流側(cè)電容構(gòu)成；其中，第一二極管(T₁)的發(fā)射極與第三二極管(T₃)的集電極相連作為交流側(cè)輸出端的正極，第二二極管(T₂)的發(fā)射極與第四二極管(T₄)的集電極相連作為交流側(cè)輸出端的負(fù)極，第一二極管(T₁)的集電極、第二二極管(T₂)的集電極與電容的正極相連作為直流側(cè)的正極，第三二極管(T₃)的發(fā)射極、第四二極管(T₄)的發(fā)射極與電容的負(fù)極相連作為直流側(cè)的負(fù)極。

4.如權(quán)利要求1所述海上風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述并網(wǎng)變流器由四個(gè)晶閘管變流器、四個(gè)變壓器以及無功補(bǔ)償與濾波裝置構(gòu)成；其中，四個(gè)晶閘管變流器的直流側(cè)依次串聯(lián)連接，第一晶閘管變流器(SRC₁)的上端和第四晶閘管變流器(SRC₄)的下端均作為直流側(cè)，第二晶閘管變流器(SRC₂)與第三晶閘管變流器(SRC₃)連接段的中間接地；四個(gè)晶閘管變流器的交流側(cè)分別與四個(gè)變壓器副邊相連；第一變壓器(TR₁)和第三變壓器(TR₃)的原邊與副邊均采用三角形接法，第二變壓器(TR₂)和第四變壓器(TR₄)的原邊采用星形接法，副邊采用三角形接法，其目的為令第一晶閘管變流器(SRC₁)與第二晶閘管變流器(SRC₂)的交流側(cè)電壓相差30度相位，第三晶閘管變流器(SRC₃)與第四晶閘管變流器(SRC₄)的交流側(cè)電壓相差30度相位；四個(gè)變壓器的原邊依次并聯(lián)，通過無功補(bǔ)償與濾波裝置并聯(lián)接入電網(wǎng)；并網(wǎng)變流器用于控制由多個(gè)全橋MMC依次串聯(lián)形成回路的電流。