[发明专利]柔性直流输电变流器的电流控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力传输技术领域的电流控制方法及装置，具体是一种海上风力发电电力传输的柔性直流输电变流器的电流控制方法及装置。

背景技术

随着海上风电场规模的日益扩大，风电场距离海岸的距离越来越远，容量也提升到几十乃至百万千瓦。柔性直流输电是一种以电压源换流器(VSC)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)和脉宽调制(PWM)技术为基础地新型输电技术，该技术具有可向无源网络供电、能实现输电系统的有功功率和无功功率的独立控制、无需额外增加无功补偿设备等优点，符合海上风力发电场长距离输电的要求，成为海上风电场联网的首选技术。

采用传统的高压交流输电系统将海上风电场并入主电网的过程中，由于长距离海底交流电缆的分布电容作用导致电缆中的电容电流过大，而交流系统的无功补偿在海上难以实施，使得传统的高压交流输电系统在海上风电电力传输中无法应用。柔性直流输电是一种以电压源换流器、绝缘栅双极晶体管和脉宽调制技术为基础地新型输电技术，该技术具有可向无源网络供电、能实现输电系统的有功功率和无功功率的独立控制、无需额外增加无功补偿设备等优点，符合海上风力发电场长距离输电的要求，成为海上风电场联网的首选技术。海上风电柔性直流输电变流器是海上风电柔性直流输电系统的关键装置，主要作用是将风电场交流电能快速、准确地转换为直流电能。在风电场电压稳定的情况下，对风电场传输功率的控制实际上是对风电场输出交流电流的控制，因此该部分的电流控制方法及装置决定了柔性直流输电系统的性能指标。

目前变流器的电流控制方法普遍采用间接电流控制方法，该方法通过PWM控制，在变流器桥路交流侧生成幅值相位受控的正弦PWM电压；该PWM电压与交流网侧电动势共同作用于变流器交流侧生成基波电流，谐波电流则由变流器网侧电感滤除。该方法通过控制桥路PWM电压来间接地控制交流侧输出电流，因此有动态响应慢，对参数敏感的缺点。针对间接电流控制的不足，有人提出了采用网侧电流闭环控制的直接电流控制方法，提高网侧电流的动、静态性能。

经对现有技术文献的检索发现，Marian P，Kazmierkowski等人在IEEETransactions on Industrial Electronics上所发表的Current ControlTechniques for Three-Phase Voltage-Source PWM Converters(三相电压源PWM变流器电流控制技术)，提出了四种采用网侧电流闭环控制的直接电流控制方法，可将这四种直接电流控制方法归结为固定开关频率PWM电流控制和滞环电流PWM控制这两类。其中，固定开关频率PWM电流控制的物理意义清晰，实现方便，由于开关频率固定，因而网侧变压器及滤波电感设计较容易，并且有利于限制开关损耗。但该方法的主要缺点是，在开关频率不高的条件下，电流动态响应较慢，且电流动态偏差随电流变化率而相应地变化。相比之下，滞环PWM电流控制则具有较快的电流响应速度，且电流动态偏差由滞环宽度确定。但该方案的主要不足体现在开关频率随电流变化率的波动而变化，造成网侧滤波电感设计困难，功率开关管应力及开关损耗增大。针对海上风电柔性直流输电变流器的大功率应用场合，要求电流控制的动、静态响应迅速，开关频率不宜太高，并且应尽可能地保持开关频率固定，以减少开关应力及开关损耗。因此这两类直接电流控制方法都难以直接应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种柔性直流输电变流器的电流控制方法及装置。本发明采用了一种滞环宽度h可调的滞环比较器，将电流偏差Δi和滞环宽度h相比较，当电流偏差Δi超越滞环宽度h时，滞环比较器输出开关信号改变变流器桥路开关管状态以减小电流偏差Δi，从而达到电流跟踪控制的目的；同时引入开关频率闭环控制，通过动态调整滞环宽度h来控制滞环比较器输出开关信号的相位及周期等于一个固定时钟信号的相位和周期，使得开关信号的频率为一固定值。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的柔性直流输电变流器的电流控制方法，包括如下步骤：

第一步，检测风电场交流网侧电压及电流，并计算有功功率P、无功功率Q；

第二步，将有功功率P、无功功率Q与其相应参考值P_ref、Q_ref比较后，经PI调节器计算获得有功电流指令值i_d^*与无功电流i_q^*指令值；