混合型海上风场直流换流器的辅助换流器及控制方法技术

本发明专利技术提供了一种混合型海上风场直流换流器的辅助换流器及控制方法，包括：采用PI调节器对子模块电容电压额定值和子模块串电容电压采样平均值的误差进行控制，输出环流给定信号的幅值，将环流给定信号的幅值与单位标准正弦波信号相乘得到环流给定瞬时值；通过计算辅助换流器直流侧输出电流与子模块串电流的差值得到辅助换流器内部环流，采用第一比例调节器对环流给定瞬时值和辅助换流器内部环流的误差进行控制，得到环流控制电压；对环流控制电压、子模块串直流输出电压以及子模块串高频电压相加，得到子模块串的调制参考电压。通过环流控制实现内部能量稳定，使辅助环流器稳定运行，双向输送功率，实现风场启动阶段的功率反向输送。

【技术实现步骤摘要】
混合型海上风场直流换流器的辅助换流器及控制方法
本专利技术涉及电力
，具体地，涉及一种混合型海上风场直流换流器的辅助换流器及控制方法。
技术介绍
基于模块化多电平变换器(ModularMultilevelConverter,MMC)的柔性直流输电技术快速发展，MMC采用子模块构建高压大容量的AC/DC变换器，具有低谐波、低损耗等优点，成为直流输电技术中最具吸引力的变换器拓扑。但随着电压等级的提高，MMC的子模块数量大幅增加，对于海上风场的直流输电应用，海上平台建设成本高昂，采用全MMC的方案进一步提高了系统成本。二极管整流器成本低、控制简单，可以大幅减小换流器的成本、体积与重量，但二极管整流器无法主动建立风场内网电压，需要设计特殊的风力发电变流器控制策略，功率无法反向输送，并且会产生较大的谐波电流。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种混合型海上风场直流换流器的辅助换流器及控制方法。根据本专利技术提供的一种混合型海上风场直流换流器的辅助换流器，包括子模块串控制部分，所述子模块串控制部分包括：环流给定计算模块：采用PI调节器对子模块电容电压额定值和子模块串电容电压采样平均值的误差进行控制，输出环流给定信号的幅值，将环流给定信号的幅值与单位标准正弦波信号相乘得到环流给定瞬时值；环流控制模块：通过计算辅助换流器直流侧输出电流与子模块串电流的差值得到辅助换流器内部环流，采用第一比例调节器对环流给定瞬时值和辅助换流器内部环流的误差进行控制，得到环流控制电压；子模块串调制参考电压计算模块：对环流控制电压、子模块串直流输出电压以及子模块串高频电压相加，得到子模块串的调制参考电压。较佳的，PI调节器输出环流给定信号的幅值通过将与单位标准正弦波信号cos(ωcirt)相乘得到环流给定瞬时值即：式中，ωcir为辅助换流器内部环流的角频率，t为时间。较佳的，还包括低压小容量MMC控制部分，所述低压小容量MMC控制部分包括：有功功率控制模块：根据低压小容量MMC交流电压、电流计算低压小容量MMC传输的有功功率，采用第二PI调节器对有功功率进行控制，有功功率给定值设置为0，第二PI的调节器的输出为交流电压控制量，第二PI调节器在风场启动阶段处于禁止状态，交流电压控制分量为0，在风场完成启动后，使能该PI调节器，交流电压控制分量的值由PI闭环控制决定；交流电压生成模块：交流电压控制量与常数相加得到d轴电压，q轴电压设置为0，d轴电压、q轴电压通过Park变换生成低压小容量MMC交流电压控制量，Park的坐标变换角度θ通过对常数2πf按照时间t积分得到，其中f为风场内网电压频率；桥臂电压生成模块：根据低压小容量MMC的直流输出电压，计算上下桥臂的调制参考电压。较佳的，上下桥臂的调制参考电压的计算包括：式中，vpa、vpb、vpc分别为低压小容量MMC的三相上桥臂调制参考电压，vna、vnb、vnc分别为低压小容量MMC的三相下桥臂调制参考电压，Vdc2为低压小容量MMC的直流输出电压，vcir为所述子模块串高频电压，va、vb、vc为低压小容量MMC交流电压控制量。根据本专利技术提供的一种混合型海上风场直流换流器的控制方法，包括子模块串控制方法，所述子模块串控制方法包括：环流给定计算步骤：采用PI调节器对子模块电容电压额定值和子模块串电容电压采样平均值的误差进行控制，输出环流给定信号的幅值，将环流给定信号的幅值与单位标准正弦波信号相乘得到环流给定瞬时值；环流控制步骤：通过计算辅助换流器直流侧输出电流与子模块串电流的差值得到辅助换流器内部环流，采用第一比例调节器对环流给定瞬时值和辅助换流器内部环流的误差进行控制，得到环流控制电压；子模块串调制参考电压计算步骤：对环流控制电压、子模块串直流输出电压以及子模块串高频电压相加，得到子模块串的调制参考电压。较佳的，PI调节器输出环流给定信号的幅值通过将与单位标准正弦波信号cos(ωcirt)相乘得到环流给定瞬时值即：式中，ωcir为辅助换流器内部环流的角频率，t为时间。较佳的，还包括低压小容量MMC控制方法，所述低压小容量MMC控制方法包括：有功功率控制步骤：根据低压小容量MMC交流电压、电流计算低压小容量MMC传输的有功功率，采用第二PI调节器对有功功率进行控制，有功功率给定值设置为0，第二PI的调节器的输出为交流电压控制量，第二PI调节器在风场启动阶段处于禁止状态，交流电压控制分量为0，在风场完成启动后，使能该PI调节器，交流电压控制分量的值由PI闭环控制决定；交流电压生成步骤：交流电压控制量与常数相加得到d轴电压，q轴电压设置为0，d轴电压、q轴电压通过Park变换生成低压小容量MMC交流电压控制量，Park的坐标变换角度θ通过对常数2πf按照时间t积分得到，其中f为风场内网电压频率；桥臂电压生成步骤：根据低压小容量MMC的直流输出电压，计算上下桥臂的调制参考电压。较佳的，上下桥臂的调制参考电压的计算包括：式中，vpa、vpb、vpc分别为低压小容量MMC的三相上桥臂调制参考电压，vna、vnb、vnc分别为低压小容量MMC的三相下桥臂调制参考电压，Vdc2为低压小容量MMC的直流输出电压，vcir为所述子模块串高频电压，va、vb、vc为低压小容量MMC交流电压控制量。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、设计了环流控制，子模块串通过环流控制可以实现内部能量稳定，使辅助环流器能够稳定运行，能够双向输送功率，实现风场启动阶段的功率反向输送；2、低压小容量MMC能够在风场启动阶段建立风场内网交流电压，在风场启动完成后通过有功功率实现有功功率从辅助换流器转移到二极管换流器；3、低压小容量MMC采用电压控制方式，在系统中能够自动吸收电流谐波，并提供系统无功功率。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术混合型海上风场直流换流器的结构示意图；图2为本专利技术子模块串控制框图；图3为本专利技术低压小容量MMC控制框图；图4为风场输出电流；图5为辅助换流器交流侧电流；图6为二极管整流器交流侧电流。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，混合型换流器中的二极管整流桥属于不控型整流器，因此本申请只针对混合换流器中的辅助换流器。本专利技术提供的一种混合型海上风场直流换流器的辅助换流器，包括子模块串控制部分1和低压小容量MMC控制部分2。如图2所示，子模块串控制部分1由环流给定计算模块101、环流控制模块102、子模块串调制参考电压计算模块103构成。其中，环流给定计算模块101的输入为子模块电容电压额定值、子模块串电容电压采样平均值，输出为环流给定瞬时值在本模块中，采用PI调节器对两个输入值的误差进行控制，PI调节器的输出信号为即环流给定信号的幅值，通过将与单位标准正弦波信号cos(ωcirt)相乘得到环流给定瞬时值即：式中，ωcir为辅助换流器内部环流的角频率，t为时间；环流控制模块1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合型海上风场直流换流器的辅助换流器，其特征在于，包括子模块串控制部分，所述子模块串控制部分包括：环流给定计算模块：采用PI调节器对子模块电容电压额定值和子模块串电容电压采样平均值的误差进行控制，输出环流给定信号的幅值，将环流给定信号的幅值与单位标准正弦波信号相乘得到环流给定瞬时值；环流控制模块：通过计算辅助换流器直流侧输出电流与子模块串电流的差值得到辅助换流器内部环流，采用第一比例调节器对环流给定瞬时值和辅助换流器内部环流的误差进行控制，得到环流控制电压；子模块串调制参考电压计算模块：对环流控制电压、子模块串直流输出电压以及子模块串高频电压相加，得到子模块串的调制参考电压。

【技术特征摘要】
1.一种混合型海上风场直流换流器的辅助换流器，其特征在于，包括子模块串控制部分，所述子模块串控制部分包括：环流给定计算模块：采用PI调节器对子模块电容电压额定值和子模块串电容电压采样平均值的误差进行控制，输出环流给定信号的幅值，将环流给定信号的幅值与单位标准正弦波信号相乘得到环流给定瞬时值；环流控制模块：通过计算辅助换流器直流侧输出电流与子模块串电流的差值得到辅助换流器内部环流，采用第一比例调节器对环流给定瞬时值和辅助换流器内部环流的误差进行控制，得到环流控制电压；子模块串调制参考电压计算模块：对环流控制电压、子模块串直流输出电压以及子模块串高频电压相加，得到子模块串的调制参考电压。2.根据权利要求1所述的混合型海上风场直流换流器的辅助换流器，其特征在于，PI调节器输出环流给定信号的幅值通过将与单位标准正弦波信号cos(ωcirt)相乘得到环流给定瞬时值即：式中，ωcir为辅助换流器内部环流的角频率，t为时间。3.根据权利要求1所述的混合型海上风场直流换流器的辅助换流器，其特征在于，还包括低压小容量MMC控制部分，所述低压小容量MMC控制部分包括：有功功率控制模块：根据低压小容量MMC交流电压、电流计算低压小容量MMC传输的有功功率，采用第二PI调节器对有功功率进行控制，有功功率给定值设置为0，第二PI的调节器的输出为交流电压控制量，第二PI调节器在风场启动阶段处于禁止状态，交流电压控制分量为0，在风场完成启动后，使能该PI调节器，交流电压控制分量的值由PI闭环控制决定；交流电压生成模块：交流电压控制量与常数相加得到d轴电压，q轴电压设置为0，d轴电压、q轴电压通过Park变换生成低压小容量MMC交流电压控制量，Park的坐标变换角度θ通过对常数2πf按照时间t积分得到，其中f为风场内网电压频率；桥臂电压生成模块：根据低压小容量MMC的直流输出电压，计算上下桥臂的调制参考电压。4.根据权利要求3所述的混合型海上风场直流换流器的辅助换流器，其特征在于，上下桥臂的调制参考电压的计算包括：式中，vpa、vpb、vpc分别为低压小容量MMC的三相上桥臂调制参考电压，vna、vnb、vnc分别为低压小容量MMC的三相下桥臂调制参考电压，Vdc2为低压小容量MMC的直流输出电压，vcir为所述子模块串高频电压，va、vb、vc为低压小容量MMC交流电压控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡旭，常怡然，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31