CN101295877A - 海上风电柔性直流输电变流器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电中电力传输技术领域的海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，包括海上送端整流器的双闭环控制结构和岸上受端逆变器的双闭环控制结构，所述的海上送端整流器的双闭环控制结构用于柔性直流输电系统的有功功率控制和风电场交流系统的电压稳定控制，所述的岸上受端逆变器的双闭环控制结构用于受端变流器直流侧的定电压控制和受端变流器主电网接入端无功功率的动态调节，两套控制结构相互独立，之间没有数据通讯。本发明能够快速准确地控制海上风电场传输的有功功率，同时，提高海上风电场交流系统稳定性，提高整个直流输电系统传输效率、电能质量。

Description

海上风电柔性直流输电变流器控制系统

技术领域

本发明涉及一种电力传输技术领域的的控制系统，具体来讲，涉及一种海上风电柔性直流输电变流器控制系统。

背景技术

海上风电场具有风速高、风速随海拔变化率低、风湍流小、风能产出高的特点。我国有丰富的海上风能资源，近年来，海上风能的开发与利用已广泛受到高度重视。柔性直流输电是一种以电压源换流器(VSC)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)和脉宽调制(PWM)技术为基础地新型输电技术，该技术具有可向无源网络供电、能实现输电系统的有功功率和无功功率的独立控制、无需额外增加无功补偿设备等优点，符合海上风力发电场长距离输电的要求，成为海上风电场联网的首选技术。海上风电场柔性直流输电变流器是柔性直流输电系统的关键装置，它包括了海上送端整流器和岸上受端逆变器，其控制系统的优劣直接决定了海上风电场柔性直流输电系统的性能。

经对现有技术文献的检索发现，Xingjia Yao等人在InternationalConference on Electrical Machines and Systems上所发表的The Study ofVSC-HVDC Transmission System for Offshore Wind Power Farm(海上风电电压源变流器型高压直流输电系统的研究，电机及系统国际会议，2007年10月)，设计了一种变流器直接功率控制系统，该控制系统根据风电场风力发电机组输出的有功功率作为海上送端整流器控制系统的有功功率参考值，从而实现输电系统的有功功率控制，同时海上送端整流器还要控制风电场交流系统的电压的稳定；岸上受端逆变器的控制系统旨在实现直流侧电压的稳定以及主电网的动态无功调节。这种控制系统有结构简单，输送功率变化响应快的优点，其缺点主要是无法准确估计海上风电场的电气功率损耗和风电场本地负载的功率损耗，容易发生功率不平衡、故障发生概率高的问题。

检索中还发现，Weixing Lu等人在IEEE Power Engineering Review上所发表的Optimal Acquisition and Aggregation of Offshore Wind Power byMultiterminal Voltage-Source HVDC(海上风电多级电压源高压直流输电的最佳功率捕获与集合，IEEE电力工程综述，2003年1月，第1期)，设计了一种间接功率控制系统，该系统根据风电场交流系统的功频特性，通过对风电场交流系统频率的观测间接调节海上送端整流器的有功功率，虽然可有效地克服功率损耗估计不足的缺点，但这种系统属于间接功率控制系统，当风电场风速发生变化时，其传输功率的动态响应慢、传输效率低，控制效果也不是很理想。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种海上风电柔性直流输电变流器控制系统，使其不仅能够快速准确地将电能传输到岸上主电网，而且还能提高风电场交流系统稳定性，该系统可以解决现有变流器控制系统的弊端，使海上风电柔性直流输电系统具有传输功率动态响应快、误差小、电流谐波含量低、风电场电压稳定性高、故障恢复性能好的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括海上送端整流器的双闭环控制结构和岸上受端逆变器的双闭环控制结构，两套控制结构相互独立，之间没有数据通讯，其中：

所述的海上送端整流器的双闭环控制结构，其外环控制是根据有功功率的偏差信号和交流电压的偏差信号，计算出有功电流指令值和无功电流指令值；内环电流跟踪控制，则是通过切换送端整流器的桥路开关状态，控制实际电流以跟随电流指令值。双闭环控制同时起作用，实现对柔性直流输电系统的有功功率控制和风电场交流系统的电压稳定控制。

所述的岸上受端逆变器的双闭环控制结构，其外环控制是根据直流电压的偏差信号和无功功率参考值，计算出有功电流指令值和无功电流指令值；内环电流跟踪控制，则是通过切换受端逆变器的桥路开关状态，控制实际电流以跟随电流指令值。双闭环控制同时起作用，实现对受端变流器直流侧的定电压控制和受端变流器主电网接入端无功功率的动态调节。

所述的海上送端整流器的双闭环控制结构包括交流电压电流传感器、第一PLL锁相环相位检测模块、第一坐标变换模块、功率计算模块、送端变流器外环控制模块、第一内环电流跟踪控制模块和第一脉宽调制模块。交流电压电流传感器采集风电场交流系统的电压和电流，输入第一坐标变换模块；第一PLL锁相环相位检测模块检测风电场交流电压矢量的相位，输入第一坐标变换模块，同时检测风电场交流电网频率，输入送端变流器外环控制模块；第一坐标变换模块将三相电压和电流变换到两相旋转坐标系下，得到有功、无功电压和有功、无功电流，分别输入功率计算模块、送端变流器外环控制模块和第一内环电流跟踪控制模块；功率计算模块根据有功电压和有功电流计算出风电场输出的有功功率，输入送端变流器外环控制模块；送端变流器外环控制模块比较风电场交流系统频率、有功功率与频率参考值、有功功率参考值，获得有功电流指令值，输入第一内环电流跟踪控制模块，同时，比较交流电压及交流电压参考值，获得无功电流指令值，输入第一内环电流跟踪控制模块；第一内环电流跟踪控制模块比较有功电流、无功电流与其相应参考值之间的误差，计算送端变流器桥路电压的基波电压指令值，输入第一脉宽调制模块；第一脉宽调制模块得到基波电压指令值后，通过空间矢量脉宽调制，生成开关信号作用于送端变流器三相桥路开关。

所述的岸上受端逆变器的双闭环控制结构包括直流电压传感器、交流电压电流传感器、第二PLL锁相环相位检测模块、第二坐标变换模块、受端变流器外环控制模块、第二内环电流跟踪控制模块和第二脉宽调制模块。直流电压传感器检测直流输电系统的直流电压，输入受端变流器外环控制模块；交流电压电流传感器检测主电网交流系统的电压和电流，输入第二坐标变换模块；第二PLL锁相环相位检测模块检测风电场交流电压的相位，输入第二坐标变换模块；第二坐标变换模块将三相电压和电流变换到两相旋转坐标系下，获得有功、无功电压和有功、无功电流，分别输入受端变流器外环控制模块和第二内环电流跟踪控制模块；受端变流器外环控制模块比较直流侧电压值与直流电压参考值，获得有功电流指令值，输入第二内环电流跟踪控制模块，同时，通过主电网无功功率指令值计算无功电流指令值，输入第二内环电流跟踪控制模块；第二内环电流跟踪控制模块通过比较有功电流、无功电流与其相应参考值之间的误差，计算受端变流器桥路电压的基波电压指令值，输入第二脉宽调制模块；第二脉宽调制模块获得基波电压指令值后，通过空间矢量PWM，调制生成开关信号作用于受端变流器三相桥路开关。

所述的第一、第二坐标变换模块是以电压矢量方向定向d轴的三相静止abc坐标系到两相旋转d-q坐标系的等量坐标变换模块，其变换关系式如下：

式中θ为电压矢量的相位角；d、q、a、b、c分别为对应各轴的分量。

所述的功率计算模块根据瞬时无功理论，通过公式P₁＝E_d1i_d1+E_q1i_q1计算可得海上送端整流器输出的有功功率值P₁。其中，E_d1、E_q1为送端变流器交流侧的有功电压值和无功电压值；i_d1、i_q1为送端变流器交流侧的有功电流值和无功电流值。

所述的送端变流器外环控制模块由有功功率控制电路、风电场交流频率控制电路和风电场交流电压控制电路组成，其中：

所述的有功功率控制电路通过比较送端变流器实际输送的有功功率值P与有功功率估计值P_ref之间的误差来产生有功功率误差估计值ΔP；

所述的风电场交流频率控制电路通过风电场交流系统频率误差Δf₁经查表(风电场风力发电机组的功频特性曲线)获得实际有功功率误差的偏移量(也即功率缺额)，用于补偿有功功率误差估计的不足，因此，实际有功功率的误差 $\mathrm{\ΔP}=\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{P}+\mathrm{\Δ}\tilde{P},$ 将相加后的误差信号经PI调节器(比例积分调节器)来计算送端变流器有功电流指令值i_d1 ^*；

所述的风电场交流电压控制电路通过比较风电场实际电压有效值E_RMS与给定电压参考有效值E_ref之间的误差经PI调节器来计算送端变流器无功电流指令值i_q1 ^*。

所述的受端变流器外环控制模块由直流电压控制电路和无功功率控制电路组成，其中：

所述的直流电压控制电路通过比较受端变流器直流电压值U_dc2与给定的直流电压参考值U_{dc_ref}之间的误差经PI调节器来计算逆变侧有功电流指令值i_d2 ^*；

所述的无功功率控制电路，通过受端逆变器的无功给定参考值Q_ref来计算逆变侧无功电流指令值i_d2 ^*。

所述的无功功率控制电路根据瞬时无功理论，有公式 $Q_{\mathrm{ref}}=E_{d2}{i}_{q2}^{*}+E_{q2}{i}_{d2}^{*},$ 坐标变换后有E_q2＝0，因此可按下式计算逆变侧无功电流指令值 $i_{q2}^{*}=Q_{\mathrm{ref}}/E_{d2}.$

所述的第一、第二内环电流跟踪控制模块，根据变流器主电路拓扑结构，基于前馈解耦控制策略，得算式：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_d^{*}=-(K_{\mathrm{iP}}+K_{\mathrm{iI}}/s)(i_d^{*}-i_d)+\mathrm{\ω}{\mathrm{Li}}_q+E_d\\ u_q^{*}=-(K_{\mathrm{iP}}+K_{\mathrm{iI}}/s)(i_q^{*}-i_q)-\mathrm{\ω}{\mathrm{Li}}_d+E_q\end{array}\right.$

其中：u_d ^*、u_q ^*为桥路交流侧基波电压指令值的有功和无功分量；K_ip、K_iI为电流PI调节器的比例增益和积分增益；ω为网侧交流系统角频率；L为换流电抗器的电感值。

因此，将变流器的实际有功电流i_dk、无功电流i_qk和电流指令值i_dk ^*、i_qk ^*之间的误差Δi_dk、Δi_qk(下角标k＝1表示为送端变流器参数；下角标k＝2表示为收端变流器参数)经PI调节器后加上网侧电压信号E_dk、E_qk和解耦放大信号ωLi_qk、ωLi_dk便产生三相桥路电压的基波指令值u_dk ^*、u_qk ^*，将其通过空间矢量脉宽调制(SVPWM)便可产生三相桥路开关信号，在主电路桥路开关的作用下，便可实现有功电流和无功电流的独立跟踪控制。这种电流跟踪的目的在于，电流指令值由外环控制中的误差信号经PI调节器后产生，通过电流的跟踪控制，即可消除外环控制中输入量与给定参考值之间的误差，从而实现对外环输入量的无静差控制。

所述的第一、第二脉宽调制模块采用通用的空间矢量脉宽调制模块，将桥路基波电压指令值通过矢量合成的方法产生PWM开关信号作用于变流器桥路开关。调制脉冲选用五段式分配原则，一个开关周期中，整流器功率开关管共开关4次，且始终有一个开关管不改变状态，其波形对称。这样不仅减少了开关变化，其PWM谐波分量也主要分布在开关频率的整数倍频率附近，有效地降低了谐波幅值。

本发明的具有以下有益效果：(1)柔性直流输电系统能够快速、准确地维持有功功率平衡，即：在同等条件下，本系统控制的功率波动幅度比文献1减少了10％，稳定性能得到明显提高，功率变化的响应时间较文献2所述的系统缩短了0.2s～0.5s，这是通过有功功率控制和风电场频率控制共同作用于有功电流控制所实现的；(2)风电场无功性能好，送端整流器能够提供风力发电机组励磁所需的无功电流，这是通过稳定风电场交流系统电压来控制无功电流所实现的；(3)风电场交流输入电流谐波小，有效地缩小了交流滤波器和换流电抗器的体积，这是采用了空间矢量脉宽调制技术所实现的(电压利用率比传统SPWM提高15％)；(4)柔性直流输电系统并入主电网后，对电网冲击小，无功性能好，这是由受端逆变器的定直流电压控制使得脉宽调制稳定、桥路基波电压幅值稳定、电流谐波好及其无功功率控制所实现的。

附图说明

图1为本发明所述的海上风电柔性直流输电变流器的主电路；

图2为本发明的总体控制框图；

图3为本发明送端整流器外环控制模块结构示意图；

图4为本发明受端逆变器外环控制模结构示意图；

图5为本发明内环电流跟踪控制模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明所述的海上风电柔性直流输电变流器的送端整流器和受端逆变器采用完全相同的主电路结构，分别由串联交流滤波电感(电抗器)、由功率开关元件IGBT和并联续流二极管所组成的三相全控桥以及直流滤波电容组成。对输电系统的作用和影响为：

(1)交流滤波电感：VSC正常工作时，能量在交流网侧和整流桥之间流动，部分能量存储在电感上，然后通过整流桥释放到直流侧，实现PWM变流。电感是保证三相VSR正常运行的必要条件。

(2)三相全控桥：快速切换功率开关来产生交流侧电压，控制其基波的大小和相位，从而获得所期望的交流侧电流和功率。

(3)直流滤波电容：电压型PWM变流器的标志。其作用是稳定直流侧电压，滤除直流电压脉动成分，保证变流器正常工作。三相VSC输出直流母线电压中的n次谐波会经过脉宽调制后在网侧输入电流中产生n+1次谐波，所以它也有减小输入电流谐波的作用。

如图2所示，海上风电柔性直流输电变流器的总体控制框图，其中：送端整流器和受端逆变器均采用双闭环控制结构，这两套控制结构相互独立，之间没有数据通讯。

所述的海上送端整流器的双闭环控制结构包括交流电压电流传感器、第一PLL锁相环相位检测电路、第一坐标变换模块(abc-dq0)、功率计算模块、送端变流器外环控制模块、第一内环电流跟踪控制模块和第一脉宽调制模块(PWM)。其中，第一坐标变换模块、功率计算模块、送端变流器外环控制模块、第一内环电流跟踪控制模块和第一脉宽调制模块可单独采用一个DSP控制芯片，进行内部编程来实现。具体实施流程为：LEM电压传感器和LEM电流传感器检测得到送端变流器交流网侧的三相电压值E_a1、E_b1、E_c1和电流值i_a1、i_b1、i_c1；第一锁相环相位检测电路测量风电场交流电压相位角θ输入到第一坐标变换模块用于坐标变换的计算，同时该电路检测出风电场交流系统频率f₁输入到送端变流器外环控制模块；三相电压值E_a1、E_b1、E_c1和电流值i_a1、i_b1、i_c1经过第一坐标变换模块计算后得到相应的有功、无功电压值E_d1、E_q1和有功、无功电流值i_d1、i_q1，输入到功率计算模块；；功率计算模块通过公式P₁＝E_d1i_d1+E_q1i_q1计算可得海上送端整流器输出的有功功率值P₁；将P₁、E_d1、f₁及其相应给定参考值P_ref1、E_ref1、f_ref1同时输入给送端变流器外环控制模块，计算出有功、无功电流的指令值i_d1 ^*、i_q1 ^*，输入给第一内环电流跟踪控制模块；第一内环电流跟踪控制模块通过比较有功电流、无功电流i_d1、i_q1与其相应参考值i_d1 ^*、i_q1 ^*之间的误差，计算送端变流器桥路电压的基波电压指令值u_d1 ^*、u_q1 ^*，输入第一PWM脉宽调制模块；第一PWM脉宽调制模块获得基波电压指令值后，通过空间矢量合成，调制生成开关信号作用于送端变流器三相桥路开关。

所述的岸上受端逆变器的双闭环控制结构包括直流电压传感器、交流电压电流传感器、第二PLL锁相环相位检测模块、第二坐标变换模块(abc-dq0)、受端变流器外环控制模块、第二内环电流跟踪控制模块和第二脉宽调制模块(PWM)，其中，第二坐标变换模块、受端变流器外环控制模块、第二内环电流跟踪控制模块和第二脉宽调制模块可单独采用一个DSP控制芯片，进行内部编程来实现。柔性直流输电系统的有功功率平衡是通过受端变流器直流侧电压的稳定性控制来实现(当送端变流器传输的功率提升时，电容电流增加使得直流侧电压随之上升，受端变流器的定直流电压控制检测到直流电压的误差后，为了稳定直流电压抑制其上升趋势，将增加受端有功电流的指令值，在内环电流跟踪控制作用下使得受端变流器传输的有功功率也相应增加，反之亦然)。其具体实施流程为：直流电压传感器检测直流输电系统的直流电压U_dc2，输入受端变流器外环控制模块；交流电压电流传感器检测主电网交流系统的电压值E_a2、E_b2、E_c2和电流值i_a2、i_b2、i_c2，输入第二坐标变换模块；第二锁相环相位检测模块检测主电网交流电压的相位，输入第二坐标变换模块；第二坐标变换模块将主电网端的三相电压E_a2、E_b2、E_c2和电流i_a2、i_b2、i_c2变换到两相旋转坐标系下，获得有功、无功电压E_d2、E_q2和有功、无功电流i_d2、i_q2，分别输入受端变流器外环控制模块和第二内环电流跟踪控制模块；受端变流器外环控制模块通过比较直流侧电压值U_dc2与直流电压参考值U_{dc_ref}，获得有功电流指令值i_d2 ^*，输入第二内环电流跟踪控制模块，同时，通过主电网无功功率指令值Q_ref2计算无功电流指令值i_q2 ^*，输入第二内环电流跟踪控制模块；第二内环电流跟踪控制模块通过比较有功电流、无功电流i_d2、i_q2与其相应参考值i_d2 ^*、i_q2 ^*之间的误差，计算受端变流器桥路电压的基波电压指令值u_d2 ^*、u_q2 ^*，输入第二脉宽调制模块；第二脉宽调制模块获得基波电压指令值后，通过空间矢量合成，调制生成开关信号作用于受端变流器三相桥路开关。

所述的交流电压电流传感器，采用瑞士莱姆(LEM)公司的非接触式霍尔型电压、电流传感器，用于检测变流器交流侧的三相电压、电流值。

所述的直流电压传感器，采用瑞士莱姆(LEM)公司的非接触式霍尔型电压传感器，用于检测输电系统中受端变流器直流侧的直流电压值。

如图3所示，送端整流器外环控制模块结构示意图，其中：将风电场交流系统频率误差信号f_ref-f经查寻风力发电机组功频特性曲线后获得实际有功功率误差的偏移量

将其加上送端变流器实际输送的有功功率值P与有功功率估计值P_ref之间的误差ΔP后获得实际有功功率误差ΔP₁，经PI调节器后得到整流侧有功电流指令值i_d1 ^*。根据瞬时无功理论，经坐标变换后的有功电压E_d1等于其电压有效值E_EMS，因此，具体实施时可直接将E_d1与交流电压有效参考值E_ref之间的误差信号经PI调节器后便可以获得无功电流指令值i_q1 ^*。送端整流器外环控制模块结构将电流指令值i_d1 ^*、i_q1 ^*输入至第一内环电流跟踪控制模块，通过其对送端整流器桥路开关的作用，形成外环的闭环回路控制。

如图4所示，受端逆变器外环控制模块结构示意图，其中：将受端直流侧电压值U_dc2与直流电压给定参考值U_{dc_ref}之间的误差信号经PI调节器后得到受端逆变器有功电流指令值i_d2 ^*；无功电流指令值的计算基于公式 $i_{q2}^{*}=Q_{\mathrm{ref}}/E_{d2},$ 具体实施时可由DSP控制芯片，进行内部编程来实现。受端逆变器外环控制模块结构将电流指令值i_d2 ^*、i_q2 ^*输入至第二内环电流跟踪控制模块，通过其对受端逆变器桥路开关的作用，形成外环的闭环回路控制。

如图5所示，内环电流跟踪控制模块结构示意图(由于两变流器的电流内环跟踪控制模块结构相同，示意时省略下角标1、2)。根据变流器主电路结构，可得算式 $u_d^{*}=-(K_{\mathrm{iP}}+K_{\mathrm{iI}}/s)(i_d^{*}-i_d)+\mathrm{\ω}{\mathrm{Li}}_q+E_d$ 和 $u_q^{*}=-(K_{\mathrm{iP}}+K_{\mathrm{iI}}/s)(i_q^{*}-i_q)-\mathrm{\ω}{\mathrm{Li}}_d+E_q,$ 其中：u_d ^*、u_q ^*为桥路交流侧基波电压指令值的有功和无功分量；K_ip、K_iI为电流PI调节器的比例增益和积分增益；ω为网侧交流系统角频率；L为换流电抗器的电感值。具体实施时，以此来构造内环电流跟踪控制模块：将变流器的实际有功电流i_d、无功电流i_q和电流指令值i_d ^*、i_q ^*之间的误差Δi_d、Δi_q经PI调节器计算后，加上网侧电压E_d、E_q和前馈放大信号ωLi_q、ωLi_d便产生三相桥路电压的基波指令值u_d ^*、u_q ^*，将其通过空间矢量脉宽调制(SVPWM)便可产生三相桥路开关信号，在主电路桥路开关的作用下，便可实现有功电流和无功电流的独立跟踪控制。电流指令值由外环控制中的误差信号经PI调节器后产生，通过电流的跟踪控制，即可消除外环控制中输入量与给定参考值之间的误差，从而实现对外环输入量的无静差控制。

所述的第一、第二PWM脉宽调制模块采用通用的空间矢量脉宽调制SVPWM方法，它将桥路基波电压指令值u_d ^*、u_q ^*通过空间矢量合成的方法产生PWM开关信号作用于变流器桥路开关，实现电流内环跟踪控制模块的电流控制。具体实施时：调制脉冲选用五段式分配原则，一个开关周期中，整流器功率开关管共开关4次，且始终有一个开关管不改变状态，其波形对称。这样不仅减少了开关变化次数，其PWM谐波分量也主要分布在开关频率的整数倍频率附近，可有效地降低谐波幅值。

Claims (10)

1.一种海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，其特征在于，包括海上送端整流器的双闭环控制结构和岸上受端逆变器的双闭环控制结构，两套控制结构均为双闭环控制且相互独立，之间没有数据通讯，其中：

所述的海上送端整流器的双闭环控制结构，其外环控制是根据有功功率的偏差信号和交流电压的偏差信号，计算出有功电流指令值和无功电流指令值；内环电流跟踪控制，则是通过切换送端整流器的桥路开关状态，控制实际电流以跟随电流指令值，双闭环控制同时起作用，实现对柔性直流输电系统的有功功率控制和风电场交流系统的电压稳定控制；

所述的岸上受端逆变器的双闭环控制结构，其外环控制是根据直流电压的偏差信号和无功功率参考值，计算出有功电流指令值和无功电流指令值；内环电流跟踪控制，则是通过切换受端逆变器的桥路开关状态，控制实际电流以跟随电流指令值，双闭环控制同时起作用，实现对受端变流器直流侧的定电压控制和受端变流器主电网接入端无功功率的动态调节。

2、根据权利要求1所述的海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，其特征是，所述的海上送端整流器的双闭环控制结构包括交流电压电流传感器、第一PLL锁相环相位检测模块、第一坐标变换模块、功率计算模块、送端变流器外环控制模块、第一内环电流跟踪控制模块和第一脉宽调制模块，其中：

交流电压电流传感器采集风电场交流系统的电压和电流，输入第一坐标变换模块；

第一PLL锁相环相位检测模块检测风电场交流电压矢量的相位，输入第一坐标变换模块，同时检测风电场交流电网频率，输入送端变流器外环控制模块；

第一坐标变换模块将三相电压和电流变换到两相旋转坐标系下，得到有功、无功电压和有功、无功电流，分别输入功率计算模块、送端变流器外环控制模块和第一内环电流跟踪控制模块；

功率计算模块根据有功电压和有功电流计算出风电场输出的有功功率，输入送端变流器外环控制模块；

送端变流器外环控制模块比较风电场交流系统频率、有功功率与频率参考值、有功功率参考值，获得有功电流指令值，输入第一内环电流跟踪控制模块，同时，比较交流电压及交流电压参考值，获得无功电流指令值，输入第一内环电流跟踪控制模块；

第一内环电流跟踪控制模块比较有功电流、无功电流与其相应参考值之间的误差，计算送端变流器桥路电压的基波电压指令值，输入第一脉宽调制模块；

第一脉宽调制模块得到基波电压指令值后，通过空间矢量脉宽调制，生成开关信号作用于送端变流器三相桥路开关。

3、根据权利要求2所述的海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，其特征是，所述的功率计算模块，根据瞬时无功理论，通过公式P₁＝E_d1i_d1+E_q1i_q1计算得到海上送端整流器输出的有功功率值P₁，其中，E_d1、E_q1为送端变流器交流侧的有功电压值和无功电压值，i_d1、i_q1为送端变流器交流侧的有功电流值和无功电流值。

4、根据权利要求2所述的海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，其特征是，所述的送端变流器外环控制模块由有功功率控制电路、风电场交流频率控制电路和风电场交流电压控制电路组成，其中：

所述的有功功率控制电路通过比较送端变流器实际输送的有功功率值P与有功功率估计值P_ref之间的误差来产生有功功率误差估计值ΔP；

所述的风电场交流频率控制电路通过风电场交流系统频率误差Δf₁经查表获得实际有功功率误差的偏移量

用于补偿有功功率误差估计的不足，因此实际有功功率的误差 $\mathrm{\ΔP}=\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{P}+\mathrm{\Δ}\tilde{P},$ 将相加后的误差信号经PI调节器来计算送端变流器有功电流指令值i_d1 ^*；

所述的风电场交流电压控制电路通过比较风电场实际电压有效值E_RMS与给定电压参考有效值E_ref之间的误差经PI调节器来计算送端变流器无功电流指令值i_q1 ^*。

5、根据权利要求1所述的海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，其特征是，所述的岸上受端逆变器的双闭环控制结构包括直流电压传感器、交流电压电流传感器、第二PLL锁相环相位检测模块、第二坐标变换模块、受端变流器外环控制模块、第二内环电流跟踪控制模块和第二脉宽调制模块，其中：

直流电压传感器检测直流输电系统的直流电压，输入受端变流器外环控制模块；

交流电压电流传感器检测主电网交流系统的电压和电流，输入第二坐标变换模块；

第二PLL锁相环相位检测模块检测风电场交流电压的相位，输入第二坐标变换模块；

第二坐标变换模块将三相电压和电流变换到两相旋转坐标系下，获得有功、无功电压和有功、无功电流，分别输入受端变流器外环控制模块和第二内环电流跟踪控制模块；

受端变流器外环控制模块比较直流侧电压值与直流电压参考值，获得有功电流指令值，输入第二内环电流跟踪控制模块，同时，通过主电网无功功率指令值计算无功电流指令值，输入第二内环电流跟踪控制模块；

第二内环电流跟踪控制模块通过比较有功电流、无功电流与其相应参考值之间的误差，计算受端变流器桥路电压的基波电压指令值，输入第二脉宽调制模块；

第二脉宽调制模块获得基波电压指令值后，通过空间矢量PWM，调制生成开关信号作用于受端变流器三相桥路开关。

6、根据权利要求5所述的海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，其特征是，所述的受端变流器外环控制模块由直流电压控制电路和无功功率控制电路组成，其中：

所述的直流电压控制电路通过比较受端变流器直流电压值U_dc2与给定的直流电压参考值U_{dc_ref}之间的误差经PI调节器来计算逆变侧有功电流指令值i_d2 ^*；

所述的无功功率控制电路，通过受端逆变器的无功给定参考值Q_ref来计算逆变侧无功电流指令值i_d2 ^*。

7、根据权利要求6所述的海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，其特征是，其原理是，所述的无功功率控制电路根据瞬时无功理论，由公式 $Q_{\mathrm{ref}}=E_{d2}{i}_{q2}^{*}+E_{q2}{i}_{d2}^{*},$ 坐标变换后有E_q2＝0，按下式计算逆变侧无功电流指令值 $i_{q2}^{*}=Q_{\mathrm{ref}}/E_{d2}.$

8、根据权利要求1所述的海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，其特征是，所述的海上送端整流器的双闭环控制结构和岸上受端逆变器的双闭环控制结构，其中的第一、第二坐标变换模块是以电压矢量方向定向d轴的三相静止abc坐标系到两相旋转d-q坐标系的等量坐标变换模块，其变换关系式如下：

式中θ为电压矢量的相位角，d、q、a、b、c分别为对应各轴的分量。

9、根据权利要求1所述的海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，其特征是，所述的海上送端整流器的双闭环控制结构和岸上受端逆变器的双闭环控制结构，其中的第一、第二内环电流跟踪控制模块根据变流器主电路拓扑结构，基于前馈解耦控制策略，得算式：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_d^{*}=-(K_{\mathrm{iP}}+K_{\mathrm{iI}}/s)(i_d^{*}-i_d)+\mathrm{\ω}{\mathrm{Li}}_q+e_d\\ u_q^{*}=-(K_{\mathrm{iP}}+K_{\mathrm{iI}}/s)(i_q^{*}-i_q)-\mathrm{\ω}{\mathrm{Li}}_d+e_q\end{array}\right.$

其中：u_d ^*、u_q ^*为桥路交流侧基波电压指令值的有功和无功分量，K_ip、K_iI、为电流PI调节器的比例增益和积分增益，ω为网侧交流系统角频率，L为换流电抗器的电感值。

10、根据权利要求1所述的海上风电柔性直流输电变流器的控制系统，其特征是，所述的海上送端整流器的双闭环控制结构和岸上受端逆变器的双闭环控制结构，其中的第一、第二脉宽调制模块采用通用的空间矢量脉宽调制模块，将桥路基波电压指令值通过矢量合成的方法产生PWM开关信号作用于变流器桥路开关，调制脉冲选用五段式分配原则，一个开关周期中，整流器功率开关管共开关4次，且始终有一个开关管不改变状态，其波形对称。

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