[发明专利]海上风电场直流输电谐振型直流变流器拓扑结构和控制方法

说明书

本发明涉及海上风电场直流输电谐振型直流变流器拓扑结构和控制方法，属于风电技术领域。该谐振型直流变流器包括若干个谐振直流变流器模块，采用输入输出并联结构，一端与低压侧母线相连，另一端与高压侧母线相连。谐振直流变流器模块包括逆变器和升压器；升压器包括三个升压模块，它们采用输入并联输出串联结构。控制方法是：将输入侧直流母线的电压参考值减去其实际值，经PI得逆变器的输出电流参考值，将此值除以3，作为每个升压模块的谐振电流参考值；将此值分别减去每个升压模块的谐振电流实际值，再分别通过低通滤波器、PI后相加，经PI后与频率为开关频率的三角波比较，产生逆变器的驱动，实现均流、升压及输入侧直流电压的稳定控制。

技术领域

本发明涉及一种变流器，尤其是一种海上风电场直流输电谐振型直流变流器拓扑结构和控制方法，属于风电技术领域。

背景技术

随着风力发电成本的不断降低、电力电子技术的不断成熟以及控制算法的完善，发展海上风电将是大势所趋。

传统海上风电采用交流并网，需要工频变压器进行升压，这些变压器一般安装于机舱内或塔架底部。但由于变压器体积大且笨重，使得安装运维难度大、成本高、损耗大，降低了系统的整体效率和可靠性。当变压器放置在机舱内时，机舱体积和偏航功率必须增大，还会对塔架施加较高的机械应力。这些缺点制约了海上风电的发展。

直流电网作为交流电网的替代方案，最近受到越来越多的关注，其采用的直流升压变换器的工作频率远高于工频变压器的频率。使用直流电网的优点是不需要电网内的任何交流无功补偿，也没有交流电网固有的同步问题。海上风电场直流输电并网系统将是未来海上风电场的重要输电方式。在这个并网系统中，无论是双馈型风电机组，还是永磁直驱型风电机组，其变流器系统均包括前端AC/DC部分和后端DC/DC直流升压部分(称为直流网侧变流器GSC)，而其中的直流网侧变流器GSC直接与直流高压电网连接。GSC作为直流输电系统中关键部件之一，其功能是：在风电机组正常工作时，GSC实现直流升压功能，将风力发电机发出的功率传输给直流电网，同时维持其低压侧电压稳定。由此可见，GSC可实现直流高增益变压，因而无需工频变压器，占地面积小、损耗低，可有效解决海上风电场柔性直流输电系统的制约瓶颈。

GSC是一种大功率直流变流器。目前，直流变流器可分成隔离型与非隔离型。隔离型直流变流器主要包括Forward、Flyback、Half-bridge和Full-bridge(DAB)等结构，其中，DAB升压变换器是利用中频变压器的一种有名的拓扑结构，然而，设计大匝数比的大功率中频变压器在隔离和磁耦合效应方面有一定的固有局限性。有的文献分别通过采用二极管-电容级联、开关管-电容级联、电容钳位模块达到升压效果，但效率低，且在大功率工况下，开关管电压应力过高。也有采用交错并联、级联等拓扑结构，它们均为硬开关的非隔离型电路拓扑，也存在效率低的缺点；还有文献采用模块化工作方式，电路拓扑复杂且控制困难；或使用LLC电路，但是增益效果不够。

发明内容

本发明的主要目的在于：针对上述现有技术存在的不足，提供一种电压增益高、模块化、大功率的作为直流网侧变流器(GSC)使用的海上风电场直流输电谐振型直流变流器拓扑结构和控制方法。

为了达到以上目的，本发明海上风电场直流输电谐振型直流变流器拓扑结构，包括若干个谐振直流变流器模块、输入侧直流母线和输出侧直流母线，所有所述谐振直流变流器模块的输入侧并联，并与所述输入侧直流母线相连；所有所述谐振直流变流器模块的输出侧也并联，并与所述输出侧直流母线相连；所述输出侧直流母线相连与直流电网相连。