[发明专利]海上风电系统中储能型模块化多电平变换器的控制方法

权利要求书

1.一种海上风电系统中储能型模块化多电平变换器的控制方法，其特征在于，包括如下工作模式：

-正常工作模式：

储能型模块化多电平变换器对海上风电系统进行虚拟惯量补偿，产生和同容量的同步发电机相同的虚拟惯量，以平滑风电功率波动；

当海上风电系统发出的功率高于上限值时，储能型模块化多电平变换器中的电池模块吸收海上风电系统的功率；

当海上风电系统发出的功率低于下限值时，储能型模块化多电平变换器中的电池模块向直流母线发出功率；

-直流短路故障工作模式：

当直流侧发生短路故障时，储能型模块化多电平变换器中的电池模块吸收海上风电系统的功率；

其中：

所述正常工作模式和直流短路故障工作模式之间的切换步骤，包括：

-判断海上风电系统的直流侧是否发生短路故障；

若直流侧发生短路故障，储能型模块化多电平变换器切换到直流短路故障工作模式，储能型模块化多电平变换器中电池模块充电；

若直流侧未发生短路故障，进入以下判断；

-判断海上风电系统发出的功率是否大于上限值；

若海上风电系统发出的功率大于上限值，储能型模块化多电平变换器切换到正常工作模式，储能型模块化多电平变换器中电池模块充电；

若海上风电系统发出的功率不大于上限值，进入以下判断；

-判断海上风电系统发出的功率是否小于下限值；

若海上风电系统发出的功率小于下限值，储能型模块化多电平变换器切换到正常工作模式，储能型模块化多电平变换器中电池模块放电；

若海上风电系统发出的功率不小于下限值，储能型模块化多电平变换器切换到正常工作模式，控制储能型模块化多电平变换器中每个电池模块的荷电状态维持在一定值；

控制储能型模块化多电平变换器中每个电池模块的荷电状态维持在一定值的方法为：

将储能型模块化多电平变换器中每个类全桥储能子模块电池的荷电状态与所有类全桥储能子模块电池的平均荷电状态相减，得到的结果作为荷电状态控制信号；

获取电池充电电流给定值和实际值的差，将所述荷电状态控制信号乘上比例系数，再与所述电池充电电流给定值和实际值的差叠加，该叠加结果作为PI控制器的输入，PI控制器的输出作为调制信号修正值；

将所述调制信号修正值叠加到类全桥储能子模块与电池相连半桥的调制信号的基准值上，使每个类全桥储能子模块电池的荷电状态趋于一致，其中，所述调制信号基准值为电池电压与电容平均电压的比值。

2.根据权利要求1所述的海上风电系统中储能型模块化多电平变换器的控制方法，其特征在于，所述海上风电系统，包括储能型模块化多电平变换器、变压器、风机变流器以及风电集电系统；其中，所述风机变流器连接风电集电系统后经变压器与储能型模块化多电平变换器相连，由储能型模块化多电平变换器进行交流与直流之间的电力变换后通过海底直流电缆进行电能传输。

3.根据权利要求2所述的海上风电系统中储能型模块化多电平变换器的控制方法，其特征在于，所述储能型模块化多电平变换器包括三个相单元，其中：每个相单元均包括上桥臂、下桥臂、上桥臂电感和下桥臂电感；所述上桥臂的正极端作为相单元的直流出线正极端；所述上桥臂的负极端与所述上桥臂电感的一端相连；所述上桥臂电感的另一端与所述下桥臂电感的一端相连后作为相单元的交流出线端，连接到交流电网；所述下桥臂电感的另一端与所述下桥臂的正极端相连；所述下桥臂的负极端作为相单元的直流出线负极端；

三个相单元中的所述上桥臂和所述下桥臂均由半桥子模块和类全桥储能子模块混合串联而成。

4.根据权利要求3所述的海上风电系统中储能型模块化多电平变换器的控制方法，其特征在于，所述的半桥子模块，包括：第一直流电容器、第一可控开关器件、第二可控开关器件、第一续流二极管和第二续流二极管；其中：

所述第一可控开关器件和所述第二可控开关器件的集电极分别与所述第一续流二极管和所述第二续流二极管的阴极相连；所述第一可控开关器件和所述第二可控开关器件的发射极分别与所述第一续流二极管和所述第二续流二极管的阳极相连；所述第一可控开关器件的集电极与所述第一直流电容器的阳极相连；所述第二可控开关器件的发射极与所述第一直流电容器的阴极相连；所述第一可控器件和第二可控器件的栅极均与控制电路相连。