[发明专利]直流串联永磁风电场拓扑结构及其控制方法

说明书

本发明提供了一种直流串联永磁风电场拓扑结构及其控制方法，其中，本发明一种直流串联永磁风电场拓扑结构包括：n个串联支路和直流母线，串联支路包括顺序连接的直驱永磁风力发电机、PWM整流器和半桥子模块，半桥子模块包括一个电容和2个串联的IGBT，电容与串联后的2个IGBT并联；第一个串联支路的半桥子模块的中间点和第n个串联支路的半桥子模块的中间点分别与直流母线相连；第n‑1个串联支路的输出端分别与第n个串联支路的半桥子模块的中间点相连接，且n≥3。本发明提供一种直流串联永磁风电场拓扑结构，以解决现有用于常规串联结构风电场所存在输出电压耦合、及交流并网所选在的成本高和功率损耗高的技术问题。

技术领域

本发明涉及风力发电领域技术领域，更具体地，涉及一种直流串联永磁风电场拓扑结构及其控制方法。

背景技术

能源是人类生存和发展的物质基础，在社会发展中起到关键性的作用，然而，随着社会经济的发展，一方面人们对能源的需求与日俱增，另一方面人们遭遇到了由能源短缺问题和能源消耗导致的环境污染问题引起的巨大挑战，新能源发电技术成为国内外寻求解决能源问题的研究热点。风能是一种清洁、无污染的自然能源，风力发电技术正得到广泛的推广与应用。

国内外研究资料表明，风电场通过直流并网可以改善功率因数，以最高效率输送电能，它与电网耦合性较低，能够实现有功功率和无功功率的独立控制。当直流并网结构中多回直流换相失败后，直流大部分回退的功率可以被就地平衡，对整个送端系统的安全稳定运行不会产生较大影响。现阶段含风场的分布式电源并网多采用交流结构，即将风电场发出的交流电能，通过背靠背换流站或者直接经变压器升压后与交流大电网连接。这种拓扑结构相对成熟，但交流并网条件较苛刻，对频率、相位等因素要求很高，一旦不满足，则容易产生大量谐波和无功分量，导致并网失败。此外，交流传输线路会产生大量容性无功功率，需要添加无功补偿设备，这又从另一方面增加了系统构造的成本。

直流并网的结构具有灵活性优势，各个风电机组通过相应的接口电路并入直流母线，可以简化电网的控制，排除了电压相位、无功功率等一些交流电能质量指标，只需要控制风电场内部电网的电压，整个电网呈现出一种最为简单的纯阻性直流电路，这使得控制更为简单，效率得以提高。

在直流串联拓扑海上风场中，直驱风机经变流器整流后，直流电流相同，直流侧出口电压是随着风机捕获的风能按比例分配，串联组中一台风机风速上升，则此直流风机直流侧出口电压也随着上升，其他直流风机直流侧电压按新的电磁功率比例随之降低以维持总直流传输母线电压不变，这使得风机之间的耦合严重，且若单台机组直流侧电压上升过高，会危及整个系统的稳定性，要实现串联组风机之间的解耦控制，则需增加额外的蓄电池等储能设备。

发明内容

本发明提供一种直流串联永磁风电场拓扑结构，以解决现有用于常规串联结构风电场所存在输出电压耦合、及交流并网所选在的成本高和功率损耗高的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种直流串联永磁风电场拓扑结构，其包括：n个串联支路和直流母线，所述串联支路包括顺序连接的直驱永磁风力发电机、PWM整流器和半桥子模块，所述半桥子模块包括一个电容和2个串联的IGBT，所述电容与所述串联后的2个IGBT并联，且所述两个IGBT相互连接点为所述半桥子模块的中间点；

所述第一个串联支路的半桥子模块的中间点和所述第n个串联支路的半桥子模块的中间点分别与所述的直流母线相连；

且所述第n-1个串联支路的输出端分别与第n个所述串联支路的半桥子模块的中间点相连接，其中，n≥3。

在上述方案基础上优选，所述电容的容量为1200uF，所述IGBT的耐压值为1200V。(此处建议发明人予以给出相应的范围值)

本发明还提供了一种直流串联永磁风电场拓扑结构的控制方法，其包括以下步骤：