[发明专利]基于多绕组永磁发电机的直流串并联海上风电场及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于多绕组永磁发电机的直流串并联海上风电场拓扑结构，包括并联布置的并联集群，每一条并联集群包括多个串联布置的风电机组，风电机组包括多绕组永磁同步发电机，多绕组永磁同步发电机的定子绕组由N组三相永磁电机的定子绕组重复构成，且每一组三相永磁电机定子绕组的输出端依次连接有AC/DC变流器以及DC/DC变流器，且多绕组永磁同步发电机的多个DC/DC变流器的直流输出侧串联形成风电机组的输出连接端子，该结构具有定子电流小、可靠性高、容错性强等优势，是实现海上风电系统高压大容量化的有效途径。此外本发明还提供了一种过电压控制方法，可有效保障海上风电场串并联拓扑结构的安全可靠运行。

技术领域

本发明涉及海上风力发电技术领域，具体涉及一种基于多绕组永磁发电机的直流串并联海上风电场及其控制方法。

背景技术

大力发展海上风电对我国能源结构调整与高效转型具有重大的战略意义。我国的海岸线长达1.8万公里，可利用海域面积达300多万平方公里，海上空间广阔、风能储量丰富。截止2018年，我国海上风电装机规模居全球第三。且预计到2020年我国海上风电累计装机容量可达到800万千瓦，2020年至2030年每年新增容量将达到200万至300万千瓦。我国海上风电凭借海上资源丰富、便于消纳等优势，近年来发展迅速，市场前景广阔。

直驱永磁风电系统具有结构简单、可靠性高与运维性好等优点，是实现海上风能高效利用的最佳技术路线。直驱永磁风电系统常采用三相直驱永磁发电机将风能转换为电能，然后通过背靠背全功率变流器并入电网。传统三相直驱永磁风电系统大都以中低压为主，需要一个升压变流器来实现中低压风电机组与高压电网的连接，这增加了系统的复杂度与成本。此外，在目前全球风电系统向高压大容量发展的趋势下，传统三相直驱永磁风电系统由于相数少，存在定子电流大、冗余能力有限等劣势，严重制约了海上风电机组向大容量化发展。

另一方面，随着风资源较好的近海风区开发殆尽，海上风电场的建设已越来越远。在综合考虑输电线路损耗、系统稳定性与经济性等方面，可知基于电压源变流器的高压直流输电技术在长距离海上输电方面具有独特的优势。目前基于电压源变流器的高压直流海上风电场拓扑主要采用串并联结构，通过将风电机组直流侧串联来抬升输电电压等级，将串联机组的直流侧并联来提升海上风电场的装机容量。然而，该拓扑结构中的风电机组存在耦合性强，容错性差等问题，单台风电机组变流器发生过电压故障将会危机整个海上风电场的安全稳定运行。因此，如何在每台风电机组功率不同的情况下，控制整个海上风电场中的风电机组不出现过电压故障是一个难题。

发明内容

为了解决上述技术难题，本发明提供了一种基于多绕组永磁发电机的直流串并联海上风电场拓扑结构，该结构具有定子电流小、可靠性高、容错性强等优势，是实现海上风电系统大容量化的有效途径。此外本发明还提供了一种过电压控制方法，该控制方法可有效保障海上风电场串并联拓扑结构的安全可靠运行。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于多绕组永磁发电机的直流串并联海上风电场，包括一条或两条以上并联布置的并联集群，每一条并联集群包括多个串联布置的风电机组，所述风电机组包括多绕组永磁发电机，所述多绕组永磁同步发电机包括转子和套设在转子外的定子绕组，且所述定子绕组由N组三相永磁电机的定子绕组重复构成，且每一组三相永磁电机定子绕组的输出端依次连接有AC/DC变流器以及DC/DC变流器，且所述多绕组永磁同步发电机的多个DC/DC变流器的直流输出侧串联形成风电机组的输出连接端子。

可选地，所述一条或两条以上并联布置的并联集群连接有岸上换流站以及变压器，所述一条或两条以上并联布置的并联集群均依次通过岸上换流站、变压器接入电网。

此外，本发明还提供一种前述基于多绕组永磁发电机的直流串并联海上风电场的过电压限制控制方法，实施步骤包括：

1)根据风电场的可利用风功率与指令功率计算风电场中各风电机组实际功率P_wt,i；