[发明专利]永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构及其控制方法

权利要求书

1.一种永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构，其特征在于：包括依次相连的直流母线集电式风电场、风场网侧换流站、两级升压变压器、海上整流站、海底直流电缆、岸上逆变站、并网侧升压变压器和陆地电网；

所述直流母线集电式风电场采用直流母线集电拓扑结构，包括若干组依次相连的风力机、永磁同步发电机和机侧整流器，以及集电用的直流母线；

所述风力机将捕获的风能通过永磁同步发电机转换成交流电，交流电经机侧整流器整流变换成直流电在直流母线处汇集后、经风场网侧换流站集中逆变成风场网侧交流电，风场网侧交流电经两级升压变压器升压后输入海上整流站、再经海上整流站变换成升压直流电通过海底直流电缆送至岸上逆变站逆变成并网侧交流电，并网侧交流电最后经并网侧升压变压器升压后并入陆地电网。

2.根据权利要求1所述的永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构，其特征在于：所述两级升压变压器包括依次相连的3KV:35KV升压变压器和35KV:115KV升压变压器，所述3KV:35KV升压变压器的输入端与风场网侧换流站的输出端相连，所述35KV:115KV升压变压器的输出端与海上整流站的输入端相连。

3.根据权利要求1所述的永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构，其特征在于：所述海底直流电缆为±100KV直流电缆。

4.根据权利要求1或3所述的永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构，其特征在于：所述海底直流电缆为100km。

5.根据权利要求1所述的永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构，其特征在于：所述海上整流站和岸上逆变站为拓扑结构相同的电压源型换流站；所述电压源型换流站为基于全控型开关器件的换流器，具体拓扑结构为三相两电平型换流器、三相三电平型换流器、钳位型多电平电压源换流器、级联型多电平换流器、模块化多电平电压源换流器或多脉波电压源换流器。

6.根据权利要求5所述的永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构，其特征在于：所述三相两电平型换流器包括并联于直流侧的滤波电容，与滤波电容并联的电压型三相全桥式逆变电路，以及串联于交流侧、并与电压型三相全桥式逆变电路输出的三相中点分别相连的换流电抗器和滤波器；

所述滤波电容包括串联的第一直流电容器和第二直流电容器，所述第一直流电容器和第二直流电容器的连接节点接地；

所述换流电抗器包括依次串联的换流电阻和换流电感，所述换流电阻和换流电感串联后的两端分别与两级升压变压器输出端和电压型三相全桥式逆变电路输出中点相连；

所述滤波器为高通滤波器，包括依次串联的滤波电阻、滤波电感和滤波电容器；所述滤波电阻的一端相连于两级升压变压器输出端和换流电阻之间，所述滤波电容器的一端接地。

7.根据权利要求1～6任一项所述的永磁直驱型海上风电场并网系统拓扑结构的控制方法，其特征在于：所述海上整流站的整流控制基于风电场输出功率的间歇性和不可控性，采用定交流电压和定频率控制；具体包括以下步骤，

1)获取风电场输出交流电压有效值U_WF、风电场输出交流电压有效值的参考值U_WFref、风电场输出端的交流电压的基波频率f_WF、风电场输出端的交流电压的基波频率的参考值f_WFref；

2)将风电场输出交流电压有效值U_WF和风电场输出交流电压有效值的参考值U_WFref的偏差经PI调节器和[0,1]限幅输出为交流电压幅值M，将风电场输出端的交流电压的基波频率f_WF和风电场输出端的交流电压的基波频率的参考值f_WFref的偏差经PI调节器和[-arcsinX^*,arcsinX^*]限幅输出为交流电压相位δ，通过公式计算换流电抗X的标幺值X^*，其中，S_N为换流站额定容量，U_N为换流站额定电压。