CN107895962B - 一种电流源型高压直流输电系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电流源型高压直流输电系统，包括：位于陆地上的交流电网，由电流源逆变器单元通过三相滤波电容组和多绕组变压器组并网；电流源逆变器单元通过直流母线及电缆和三个离岸(海上)风场相并联；离岸(海上)风场包括电流源整流器单元，三相滤波电容组，隔离变压器组，永磁同步发电机组与风机组。本发明还公开一种电流源型高压直流输电系统的运行方法，包括：离岸(海上)风场采用本地风机主、从变流器控制策略；陆上电网采用电网电压定向的中心电网控制策略；陆上电网直流侧的直流母线及三个离岸(海上)风场电缆上的直流母线可自动确定。此种技术方案相比两端高压直流输电系统，具有更强的灵活性和经济性。

Description

一种电流源型高压直流输电系统及其运行方法

技术领域

本发明属于高压直流输电领域，尤其是多端高压直流输电系统，具体而言涉及一种电流源型高压直流输电系统及运行方法。

背景技术

为了获取更好的风能和更小的环境影响，许多离岸(海上)风场被放置在离电网连接点很远的地方。传统的交流传输对于长距离而言既没有技术也没有经济上的吸引力，而高压直流输电(HVDC)对于这种情况而言是最合适的选择。目前为止，基于电压源型变换器是HVDC的主要解决方案。它能提供独立的有功和无功控制，这减少了无功补偿的需要并且可以促进连接点交流网络的稳定性。然而，在中心离岸(海上)平台上建立的升压变压器以及高压直流输电中的电压源变换器导致了很高的安装和服务费用。

在风场侧采取一种风机串行互联的方式，可以消除升压变压器和高压直流输电传输变化器。目前，有专家提出了一种离岸(海上)风场新的互联结构，其中发电机侧和电网侧分别由级联的电压源变流器组成。由于电压源型高压直流输电系统直流母线存在电容，传统电压源型柔性直流输电系统交流侧或直流侧发生短路故障时，短路故障保护困难的问题。与此不同，模块化的电流源变流器不仅通过变换器共用直流母线电流易于实现模块串联，而且电流源型变流器由于直流母线有电感，因此容易实现短路电流保护。

但是传统基于晶闸管的电流源型变流器高压直流输电系统由于控制能力有限，只能实现点对点直流功率输送的双端系统。为了将多个海上风电场、孤立海岛与大陆连接起来，构成直流网络，在节省投资与减少海域资源占用的情况下，既满足大型风电基地电力需求还能将富余电能送往大陆，并将多个交流系统采用直流互联，则应考虑使用多端直流输电。与传统基于晶闸管的电流源型高压直流输电系统不同，本发明提出基于全控型电流源型器件的柔性高压直流输电系统，不仅继承电流源型直流输电系统易于串联和短路保护的优点，而且具有更强的控制灵活性，可实现多端直流输电和交流侧对无源负载供电。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种电流源型高压直流输电系统及其运行方法，在离岸(海上)风场侧通过电流源整流器对陆上电网进行直流功率传输，在电网侧采用电流源逆变器将离岸(海上)风场传输过来的直流功率进行并网。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种电流源型高压直流输电系统，包括：

位于陆上的交流电网(1.15)，该交流电网分别与多个独立的多绕组变压器组(1.14)连接；

所述多绕组变压器组(1.14)分别与陆上三相滤波电容组(1.13)相连接；

所述陆上三相滤波电容组(1.13)与电流源逆变器单元(1.12)连接；

所述电流源逆变器单元(1.12)通过直流侧的进线端与陆上直流母线电感(1.10、1.11)串联；

所述陆上直流母线电感(1.10、1.11)通过两路第一电缆(1.8、1.9)和第一离岸风场直流侧的第一直流母线电感(1.6、1.7)串联；

所述第一直流母线电感(1.6、1.7)由第一离岸风场的第一电流源整流器单元(1.5)馈电；

所述第一离岸风场的第一电流源整流器单元(1.5)与第一三相滤波电容组(1.4)并联，并与第一隔离变压器组(1.3)的二次侧相连；

所述第一隔离变压器组(1.3)的一次侧与第一永磁同步发电机组(1.2)的定子绕组端口相连；

所述第一永磁同步发电机组(1.2)的转子与第一风机组(1.1)的转子相连；

所述陆上直流母线电感(1.10、1.11)通过两路第二电缆(1.27、1.28)和第三离岸风场直流侧的第三直流母线电感(1.29、1.30)串联；

所述第三直流母线电感(1.29、1.30)由第三离岸风场的第三电流源整流器单元(1.31)馈电；

所述第三离岸风场的第三电流源整流器单元(1.31)与第三三相滤波电容组(1.32)并联，并与第三隔离变压器组(1.33)的二次侧相连；

所述第三隔离变压器组(1.33)的一次侧与第三永磁同步发电机组(1.34)的定子绕组端口相连；

所述第三永磁同步发电机组(1.34)的转子与第三风机组(1.35)的转子相连；

所述第一直流母线电感(1.6、1.7)通过两路第四电缆(1.23、1.24)，以及第三直流母线电感(1.29、1.30)通过两路第三电缆(1.25、1.26)与第二离岸风场直流侧的第二直流母线电感(1.21、1.22)并联；

所述第二直流母线电感(1.21、1.22)由第二离岸风场的第二电流源整流器单元(1.20)馈电；

所述第二离岸风场的第二电流源整流器单元(1.20)与第二三相滤波电容组(1.19)并联，并与第二隔离变压器组(1.18)的二次侧相连；

所述第二隔离变压器组(1.18)的一次侧与第二永磁同步发电机组(1.17)的定子绕组端口相连；

所述第二永磁同步发电机组(1.17)的转子与第二风机组(1.16)的转子相连。

上述电流源整流器单元包括第一至第n电流源整流器(2.51、2.52、…、2.5n)，所述三相滤波电容组包括第一至第n三相滤波电容(2.41、2.42、…、2.4n)，所述隔离变压器组包括第一至第n隔离变压器(2.31、2.32、…、2.3n)，所述永磁同步发电机组包括第一至第n永磁同步发电机(2.21、2.22、…、2.2n)，所述风机组包括第一至第n风机(2.11、2.12、…、2.1n)，其中：

第一至第n电流源整流器的直流侧顺序串联后，第一电流源整流器(2.51)直流侧另一端、第n电流源整流器(2.5n)直流侧另一端分别与直流母线电感串联；

所述第i电流源整流器(2.5i)交流侧与第i三相滤波电容(2.4i)并联，并与第i隔离变压器(2.3i)二次侧串联；

所述第i隔离变压器(2.3i)的一次侧与第i永磁同步发电机(2.2i)的定子绕组端口相连；

所述第i永磁同步发电机(2.2i)的转子与第i风机(2.1i)的转子相连；i＝1,2，…，n。

上述多绕组变压器组包括第一至第m/2独立的多绕组变压器(3.31、…、3.3m/2)，所述三相滤波电容组包括第一至第m独立的三相滤波电容(3.21、3.22、…、3.2m)，所述电流源逆变器单元包括第一至第m电流源逆变器(3.11、3.12、…、3.1m)，其中：

所述第一至第m/2多绕组变压器(3.31、…、3.3m/2)一次侧与交流电网(3.4)相连；

所述第i多绕组变压器二次侧分别与第2i-1、第2i三相滤波电容并联，i＝1,2，…，m/2；

所述第i多绕组变压器二次侧分别与第2i-1、第2i电流源逆变器交流侧串联，i＝1,2，…，m/2；

所述第一至第m电流源逆变器的直流侧顺序串联后，第一电流源逆变器(3.11)直流侧另一端、第m电流源逆变器(3.1m)直流侧另一端分别与直流母线电感串联；

所述第j电流源逆变器(3.1j)交流侧与第j三相滤波电容(3.2j)并联，j＝1,2，…，m。

一种电流源型高压直流输电系统的运行方法，第一至第三离岸风场交流侧的风机组(1.1、1.16、1.35)的转速由各自的本地风机从变流器控制模块进行控制，第一至第三离岸风场直流侧的直流母线电感(1.6、1.7、1.21、1.22、1.29、1.30)上的直流母线电流由各自的本地风机主变流器控制模块进行控制；所述第一电缆(1.8、1.9)上的母线电流以及电流源逆变器单元(1.12)交流侧的并网，采用电网电压定向控制的中心电网控制模块进行控制；所述陆上直流母线电感(1.10、1.11)上的直流母线自动确定，所述第二至第四电缆(1.23、1.24、1.25、1.26、1.27、1.28)上的直流母线自动确定。

上述离岸风场交流侧的风机组(1.1、1.16、1.35)包括n台风机，电流源整流器单元包括n个电流源整流器，三相滤波电容组包括n个三相滤波电容，第j台风机的转速所采用的本地风机从变流器控制策略包括以下步骤，j＝1,2，…，n：

步骤1，利用最大功率点追踪模块(4.1)根据风机叶片上测得的风速

获得风机的转速参考值

利用速度控制模块(4.2)根据转速参考值

和实际风机的转速ω_{j_1}得到永磁同步发电机q轴电流参考值

永磁同步发电机d轴电流参考值

设为0；

步骤2，利用电容电流补偿模块(4.3)根据三相滤波电容上测得的三相电压v_{rc_j}获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

步骤3，用永磁同步发电机dq轴电流参考值

分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

得到电流源整流器(2.5j)dq轴参电流考值

和

步骤4，利用电流源整流器(2.5j)的极坐标转换模块(4.4)根据

和

生成电流源整流器(2.5j)的直流电流参考值

和相角θ_{dcrj_1}，

除以母线电感上测得的直流母线电流i_{dc_1}，得到电流源整流器(2.5i)开关脉冲需要的调制因数m_{rj_1}，θ_{dcrj_1}加上永磁同步发电机测得的相角θ_{gj_1}得到电流源整流器(2.5i)开关脉冲需要的相角θ_{rj_1}；

步骤5，利用电流源整流器(2.5j)的脉冲发生模块(4.5)根据调制因数m_{rj_1}和相角θ_{rj_1}生成电流源整流器(2.5j)的六路开关脉冲。

上述离岸风场交流侧的风机组(1.1、1.16、1.35)包括n台风机，电流源整流器单元包括n个电流源整流器，三相滤波电容组包括n个三相滤波电容，离岸风场直流侧母线电感(1.6、1.7、1.21、1.22、1.29、1.30)上的直流母线电流所采用的本地风机主变流器控制策略包括以下步骤，i＝1,2，…，n：：

步骤1，利用最大功率点追踪模块(5.1)根据风机叶片上测得的风速

获得风机的转速参考值

利用速度控制模块(5.2)得到永磁同步发电机q轴电流参考值

永磁同步发电机d轴电流参考值

设为0；

步骤2，利用电容电流补偿模块(5.3)根据三相滤波电容上测得的三相电压v_{rc_i}获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

步骤3，用永磁同步发电机dq轴电流参考值

分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

得到电流源整流器(2.5i)dq轴参电流考值

和

步骤4，利用电流源整流器(2.5i)的极坐标转换模块(5.4)根据

和

生成电流源整流器(2.5i)的直流电流参考值

和相角θ_{dcri_1}；

步骤5，利用最大值比较模块(5.5)将离岸风场的n台风机所采用的本地风机从变流器控制策略所产生的直流母线电流参考值

进行比较，得到n台风机的最大电流参考值

将第i台风机的整流器设为主变换器；

步骤6，利用直流母线电流控制模块(5.6)通过最大直流母线电流参考值

与实际直流母线电流i_{dc_1}的误差，得到电流源整流器(2.5i)开关脉冲需要的调制因数m_{ri_1}，θ_{dcrn_1}加上永磁同步发电机测得的相角θ_{gn_1}得到电流源整流器(2.5n)开关脉冲需要的相角θ_{ri_1}；

步骤7，利用电流源整流器(2.5i)的脉冲发生模块(5.7)根据调制因数m_{ri_1}和相角θ_{ri_1}生成电流源整流器(2.5i)的六路开关脉冲。

上述第一电缆(1.8、1.9)上的母线电流以及电流源逆变器单元(1.12)交流侧的并网，采用电网电压定向控制的中心电网控制模块进行控制，所采用的控制方法包括以下步骤：

步骤1，利用无功功率控制器模块(6.1)根据电网侧所需的无功功率参考值

和实际系统中的无功功率Q_g的误差，获得电网侧q轴电流参考值

利用直流母线电流控制模块(6.2)根据第一电缆(1.8、1.9)上的母线电流的参考值

和实际测得的母线电流i_G的误差，获得电网侧d轴电流参考值

步骤2，利用电容电流补偿模块(6.3)根据三相滤波电容上测得的三相电压v_gc获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

步骤3，用电网侧dq轴电流参考值

分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

得到电流源逆变器组(1.12)dq轴参电流考值

和

步骤4，利用电流源逆变器组(1.12)的极坐标转换模块(6.4)根据

和

生成电流源逆变器组(1.12)的直流电流参考值

和相角θ_dci，

除以实际测得的陆上直流母线电感(1.10、1.11)上的母线电流i_G，得到电流源逆变器组(1.12)开关脉冲需要的调制因数m_i，θ_dci加上电网侧根据锁相环模块(6.5)测得的相角θ_g得到电流源逆变器组(1.12)开关脉冲需要的相角θ_i；

步骤5，利用电流源逆变器组(1.12)的脉冲发生模块(6.6)根据调制因数m_i和相角θ_i生成电流源逆变器组(1.12)的六路开关脉冲。

综合以上，本发明系统结构包括：位于陆地上的交流电网，由电流源逆变器单元通过三相滤波电容组和多绕组变压器组并网；所述电流源逆变器单元通过直流母线及电缆和三个离岸(海上)风场相并联；所述离岸(海上)风场包括电流源整流器单元，三相滤波电容组，隔离变压器组，永磁同步发电机组与风机组。所述电流源型高压直流输电系统的运行方法包括：离岸(海上)风场采用本地风机主、从变流器控制策略；陆上电网采用电网电压定向的中心电网控制策略；陆上电网直流侧的直流母线及三个离岸(海上)风场电缆上的直流母线可自动确定。

采用上述方案后，本发明的有益效果在于，在多端高压直流输电系统中，风场侧采取一种电流源整流器串行互联的方式，电网侧采取一种电流源逆变器串行互联的方式，可以消除升压变压器和高压直流输电传输变化器。多个离岸(海上)风场与电网互联的结构具有高压直流输电能力，相比两端高压直流输电系统，可以有效提高直流功率传输的灵活性和经济性。本发明提出的离岸(海上)风场侧采用本地风机控制策略，电网侧采用电网电压定向控制的中心电网控制策略，使得多端高压直流输电系统能在合适的控制下正常工作。

附图说明

图1是四端电流源高压直流输电系统整体架构图；

图2是离岸(海上)风场结构示意图；

图3是陆上电网结构示意图；

图4是本地风机从变流器控制策略的原理图；

图5是本地风机主变流器控制策略的原理图；

图6是电网电压定向控制的中心电网控制策略的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种电流源型高压直流输电系统，包括：

位于陆上的交流电网(1.15)，该交流电网分别与多个独立的多绕组变压器组(1.14)连接；

所述多绕组变压器组(1.14)分别与三相滤波电容组(1.13)相连接；

所述三相滤波电容组(1.13)与电流源逆变器单元(1.12)连接；

所述电流源逆变器单元(1.12)通过直流侧的进线端与直流母线电感(1.10、1.11)串联；

所述直流母线电感(1.10、1.11)通过两路电缆(1.8、1.9)和离岸(海上)风场1直流侧的直流母线电感(1.6、1.7)串联；

所述直流母线电感(1.6、1.7)由离岸(海上)风场1的电流源整流器单元(1.5)馈电；

所述离岸(海上)风场1的电流源整流器单元(1.5)与三相滤波电容组(1.4)并联，并与隔离变压器组(1.3)的二次侧相连；

所述隔离变压器组(1.3)的一次侧与永磁同步发电机组(1.2)的定子绕组端口相连；

所述永磁同步发电机组(1.2)的转子与风机组(1.1)的转子相连；

所述直流母线电感(1.10、1.11)通过两路电缆(1.27、1.28)和离岸(海上)风场3直流侧的直流母线电感(1.29、1.30)串联；

所述直流母线电感(1.29、1.30)由离岸(海上)风场电流源整流器单元(1.31)馈电；

所述离岸(海上)风场3的电流源整流器单元(1.31)与三相滤波电容组(1.32)并联，并与隔离变压器组(1.33)的二次侧相连；

所述隔离变压器组(1.33)的一次侧与永磁同步发电机组(1.34)的定子绕组端口相连；

所述永磁同步发电机组(1.34)的转子与风机组(1.35)的转子相连；

所述直流母线电感(1.6、1.7)通过两路电缆(1.23、1.24)，以及直流母线电感(1.29、1.30)通过两路电缆(1.25、1.26)与离岸(海上)风场2直流侧的直流母线电感(1.21、1.22)并联；

所述直流母线电感(1.21、1.22)由离岸(海上)风场2的电流源整流器单元(1.20)馈电；

所述离岸(海上)风场2的电流源整流器单元(1.20)与三相滤波电容组(1.19)并联，并与隔离变压器组(1.18)的二次侧相连；

所述隔离变压器组(1.18)的一次侧与永磁同步发电机组(1.17)的定子绕组端口相连；

所述永磁同步发电机组(1.17)的转子与风机组(1.16)的转子相连。

所述电流源型高压直流输电系统的运行方法包括：离岸(海上)风场交流侧的风机组(1.1、1.16、1.35)的转速由各自的本地风机从变流器控制模块进行控制，离岸(海上)风场直流侧的直流母线电感(1.6、1.7、1.21、1.22、1.29、1.30)上的直流母线电流由各自的本地风机主变流器控制模块进行控制；所述电缆(1.8、1.9)上的母线电流以及电流源逆变器单元(1.12)交流侧的并网，采用电网电压定向控制的中心电网控制模块进行控制；所述直流母线电感(1.10、1.11)上的直流母线可自动确定，所述电缆(1.23、1.24、1.25、1.26、1.27、1.28)上的直流母线可自动确定。

在本实施例中，所述离岸(海上)风场的结构示意图如图2所示，其中电流源整流器单元由n个电流源整流器构成，其结构如图2中的虚线框所示。以离岸(海上)风场1为例说明(离岸(海上)风场2、离岸(海上)风场3类似)，所述离岸(海上)风场1串联的电流源整流器单元(1.5)包括多个电流源整流器(2.51、2.52、…、2.5n)，所述三相滤波电容组(1.4)包括多个三相滤波电容(2.41、2.42、…、2.4n)，所述隔离变压器组(1.3)包括多个隔离变压器(2.31、2.32、…、2.3n)，所述永磁同步发电机组(1.2)包括多个永磁同步发电机(2.21、2.22、…、2.2n)，所述风机组(1.1)包括多个风机(2.11、2.12、…、2.1n)，其中：

所述电流源整流器(2.51)直流侧一端与直流母线电感(1.6)串联，另一端与电流源整流器(2.52)直流侧的一端串联；

所述电流源整流器(2.51)交流侧与三相滤波电容(2.41)并联，并与隔离变压器(2.31)二次侧串联；

所述隔离变压器(2.31)的一次侧与永磁同步发电机(2.21)的定子绕组端口相连；

所述永磁同步发电机(2.21)的转子与风机(2.11)的转子相连；

所述电流源整流器(2.52)直流侧一端与电流源整流器(2.51)直流侧的一端串联，另一端与电流源整流器(2.53)直流侧的一端串联；

所述电流源整流器(2.52)交流侧与三相滤波电容(2.42)并联，并和隔离变压器(2.32)二次侧串联；

所述隔离变压器(2.32)的一次侧与永磁同步发电机(2.22)的定子绕组端口相连；

所述永磁同步发电机(2.22)的转子与风机(2.12)的转子相连；

所述电流源整流器(2.5n)直流侧一端与直流母线电感(1.5)串联，另一端与电流源整流器(2.5(n-1))直流侧的一端串联；

所述电流源整流器(2.5n)交流侧与三相滤波电容(2.4n)并联，并和隔离变压器(2.3n)二次侧串联；

所述隔离变压器(2.3n)的一次侧与永磁同步发电机(2.2n)的定子绕组端口相连；

所述永磁同步发电机(2.2n)的转子与风机(2.1n)的转子相连。

所述陆上电网结构示意图如图3所示，其中电流源逆变器单元由n个电流源逆变器构成，其结构如图3中的虚线框所示。

所述多绕组变压器组(1.14)包括多个独立的多绕组变压器(3.31、…、3.3n/2)，所述三相滤波电容组(1.13)包括多个独立的三相滤波电容(3.21、3.22、…、3.2n)，所述电流源逆变器单元(1.12)包括多个电流源逆变器(3.11、3.12、…、3.1n)，其中：

所述多绕组变压器(3.31、…、3.3n/2)一次侧与交流电网(3.4)相连；

所述多绕组变压器(3.31)二次侧分别与三相滤波电容(3.21、3.22)并联；

所述多绕组变压器(3.31)二次侧与电流源逆变器(3.11、3.12)串联；

所述多绕组变压器(3.3n/2)二次侧分别与三相滤波电容(3.2(n-1)、3.2n)并联；

所述多绕组变压器(3.3n/2)二次侧与电流源逆变器(3.1(n-1)、3.1n)交流侧串联；

所述电流源逆变器(3.11)直流侧一端与直流母线电感(1.10)串联，另一端与电流源逆变器(3.12)直流侧的一端串联；

所述电流源逆变器(3.11)交流侧与三相滤波电容(3.21)并联；

所述电流源逆变器(3.12)直流侧的一端与电流源逆变器(3.11)直流侧一端，另一端与电流源逆变器(3.13)直流侧的一端串联；

所述电流源逆变器(3.12)交流侧与三相滤波电容(3.22)并联；

所述电流源逆变器(3.1n)直流侧一端与直流母线电感(1.11)串联，另一端与电流源逆变器(3.1(n-1))直流侧的一端串联；

所述电流源逆变器(3.1n)交流侧与三相滤波电容(3.2n)并联。

如图4所示，所述离岸(海上)风场交流侧的风机组(1.1、1.16、1.35)的转速所采用的本地风机从变流器控制策略包括以下步骤(以离岸(海上)风场1的第n台风机2.1n为例说明，其他风机类似)：

1)利用最大功率点追踪模块(4.1)根据风机叶片上测得的风速

获得风机的转速参考值

利用速度控制模块(4.2)得到永磁同步发电机q轴电流参考值

永磁同步发电机d轴电流参考值

设为0；

2)利用电容电流补偿模块(4.3)根据三相滤波电容上测得的三相电压v_{rc_n}获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

3)用永磁同步发电机dq轴电流参考值

分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

得到电流源整流器(2.5n)dq轴参电流考值

和

4)利用电流源整流器(2.5n)的极坐标转换模块(4.4)根据

和

生成电流源整流器(2.5n)的直流电流参考值

和相角θ_{dcrn_1}，

除以母线电感(1.6、1.7)上测得的直流母线电流i_{dc_1}，得到电流源整流器(2.5n)开关脉冲需要的调制因数m_{rn_1}，θ_{dcrn_1}加上永磁同步发电机测得的相角θ_{gn_1}得到电流源整流器(2.5n)开关脉冲需要的相角θ_{rn_1}；

5)利用电流源整流器(2.5n)的脉冲发生模块(4.5)根据调制因数m_{rn_1}和相角θ_{rn_1}生成电流源整流器(2.5n)的六路开关脉冲。

如图5所示，所述离岸(海上)风场直流侧母线电感(1.6、1.7、1.21、1.22、1.29、1.30)上的直流母线电流所采用的本地风机主变流器控制策略包括以下步骤(以离岸(海上)风场1的第i台风机2.1i为例说明，其他风机类似)：

1)利用最大功率点追踪模块(5.1)根据风机叶片上测得的风速

获得风机的转速参考值

利用速度控制模块(5.2)得到永磁同步发电机q轴电流参考值

永磁同步发电机d轴电流参考值

设为0；

2)利用电容电流补偿模块(5.3)根据三相滤波电容上测得的三相电压v_{rc_i}获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

3)用永磁同步发电机dq轴电流参考值

分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

得到电流源整流器(2.5i)dq轴参电流考值

和

4)利用电流源整流器(2.5i)的极坐标转换模块(5.4)根据

和

生成电流源整流器(2.5i)的直流电流参考值

和相角θ_{dcri_1}；

5)利用最大值比较模块(5.5)将离岸(海上)风场1的n台风机的所采用的本地风机从变流器控制策略所产生的直流母线电流参考值

进行比较，得到n台风机的最大电流参考值

将第i台风机的整流器设为主变换器；

6)利用直流母线电流控制模块(5.6)通过最大直流母线电流参考值

与实际直流母线电流i_{dc_1}的误差，得到电流源整流器(2.5i)开关脉冲需要的调制因数m_{ri_1}，θ_{dcrn_1}加上永磁同步发电机测得的相角θ_{gn_1}得到电流源整流器(2.5n)开关脉冲需要的相角θ_{ri_1}；

7)利用电流源整流器(2.5i)的脉冲发生模块(5.7)根据调制因数m_{ri_1}和相角θ_{ri_1}生成电流源整流器(2.5i)的六路开关脉冲。

如图6所示，所述电缆(1.8、1.9)上的母线电流以及电流源逆变器单元(1.12)交流侧的并网，采用电网电压定向控制的中心电网控制模块所采用控制方法包括以下步骤：

1)利用无功功率控制器模块(6.1)根据电网侧所需的无功功率参考值

和实际系统中的无功功率Q_g的误差，获得电网侧q轴电流参考值

利用直流母线电流控制模块(6.2)根据电缆(1.8、1.9)上的母线电流的参考值

和实际测得的母线电流i_G的误差，获得电网侧d轴电流参考值

2)利用电容电流补偿模块(6.3)根据三相滤波电容上测得的三相电压v_gc获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

3)用电网侧dq轴电流参考值

分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

得到电流源逆变器组(1.12)dq轴参电流考值

和

4)利用电流源逆变器组(1.12)的极坐标转换模块(6.4)根据

和

生成电流源逆变器组(1.12)的直流电流参考值

和相角θ_dci，

除以实际测得的电感(1.10、1.11)上的母线电流i_G，得到电流源逆变器组(1.12)开关脉冲需要的调制因数m_i，θ_dci加上电网侧根据锁相环模块(6.5)测得的相角θ_g得到电流源逆变器组(1.12)开关脉冲需要的相角θ_i；

5)利用电流源逆变器组(1.12)的脉冲发生模块(6.6)根据调制因数m_i和相角θ_i生成电流源逆变器组(1.12)的六路开关脉冲。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电流源型高压直流输电系统，其特征在于包括：

位于陆上的交流电网(1.15)，该交流电网分别与多个独立的多绕组变压器组(1.14)连接；

所述多绕组变压器组(1.14)分别与陆上三相滤波电容组(1.13)相连接；

所述陆上三相滤波电容组(1.13)与电流源逆变器单元(1.12)连接；

所述电流源逆变器单元(1.12)通过直流侧的进线端与陆上直流母线电感(1.10、1.11)串联；

所述陆上直流母线电感(1.10、1.11)通过两路第一电缆(1.8、1.9)和第一离岸风场直流侧的第一直流母线电感(1.6、1.7)串联；

所述第一直流母线电感(1.6、1.7)由第一离岸风场的第一电流源整流器单元(1.5)馈电；

所述第一离岸风场的第一电流源整流器单元(1.5)与第一三相滤波电容组(1.4)并联，并与第一隔离变压器组(1.3)的二次侧相连；

所述第一隔离变压器组(1.3)的一次侧与第一永磁同步发电机组(1.2)的定子绕组端口相连；

所述第一永磁同步发电机组(1.2)的转子与第一风机组(1.1)的转子相连；

所述陆上直流母线电感(1.10、1.11)通过两路第二电缆(1.27、1.28)和第三离岸风场直流侧的第三直流母线电感(1.29、1.30)串联；

所述第三直流母线电感(1.29、1.30)由第三离岸风场的第三电流源整流器单元(1.31)馈电；

所述第三离岸风场的第三电流源整流器单元(1.31)与第三三相滤波电容组(1.32)并联，并与第三隔离变压器组(1.33)的二次侧相连；

所述第三隔离变压器组(1.33)的一次侧与第三永磁同步发电机组(1.34)的定子绕组端口相连；

所述第三永磁同步发电机组(1.34)的转子与第三风机组(1.35)的转子相连；

所述第一直流母线电感(1.6、1.7)通过两路第四电缆(1.23、1.24)，以及第三直流母线电感(1.29、1.30)通过两路第三电缆(1.25、1.26)与第二离岸风场直流侧的第二直流母线电感(1.21、1.22)并联；

所述第二直流母线电感(1.21、1.22)由第二离岸风场的第二电流源整流器单元(1.20)馈电；

所述第二离岸风场的第二电流源整流器单元(1.20)与第二三相滤波电容组(1.19)并联，并与第二隔离变压器组(1.18)的二次侧相连；

所述第二隔离变压器组(1.18)的一次侧与第二永磁同步发电机组(1.17)的定子绕组端口相连；

所述第二永磁同步发电机组(1.17)的转子与第二风机组(1.16)的转子相连。

2.如权利要求1所述的一种电流源型高压直流输电系统，其特征在于：所述电流源整流器单元包括第一至第n电流源整流器(2.51、2.52、…、2.5n)，所述三相滤波电容组包括第一至第n三相滤波电容(2.41、2.42、…、2.4n)，所述隔离变压器组包括第一至第n隔离变压器(2.31、2.32、…、2.3n)，所述永磁同步发电机组包括第一至第n永磁同步发电机(2.21、2.22、…、2.2n)，所述风机组包括第一至第n风机(2.11、2.12、…、2.1n)，其中：

第一至第n电流源整流器的直流侧顺序串联后，第一电流源整流器(2.51)直流侧另一端、第n电流源整流器(2.5n)直流侧另一端分别与直流母线电感串联；

所述第i电流源整流器(2.5i)交流侧与第i三相滤波电容(2.4i)并联，并与第i隔离变压器(2.3i)二次侧串联；

所述第i隔离变压器(2.3i)的一次侧与第i永磁同步发电机(2.2i)的定子绕组端口相连；

所述第i永磁同步发电机(2.2i)的转子与第i风机(2.1i)的转子相连；i＝1,2，…，n。

3.如权利要求1所述的一种电流源型高压直流输电系统，其特征在于：所述多绕组变压器组包括第一至第m/2独立的多绕组变压器(3.31、…、3.3m/2)，所述三相滤波电容组包括第一至第m独立的三相滤波电容(3.21、3.22、…、3.2m)，所述电流源逆变器单元包括第一至第m电流源逆变器(3.11、3.12、…、3.1m)，其中：

所述第一至第m/2多绕组变压器(3.31、…、3.3m/2)一次侧与交流电网(3.4)相连；

所述第i多绕组变压器二次侧分别与第2i-1、第2i三相滤波电容并联，i＝1,2，…，m/2；

所述第i多绕组变压器二次侧分别与第2i-1、第2i电流源逆变器交流侧串联，i＝1,2，…，m/2；

所述第一至第m电流源逆变器的直流侧顺序串联后，第一电流源逆变器(3.11)直流侧另一端、第m电流源逆变器(3.1m)直流侧另一端分别与直流母线电感串联；

所述第j电流源逆变器(3.1j)交流侧与第j三相滤波电容(3.2j)并联，j＝1,2，…，m。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述电流源型高压直流输电系统的运行方法，其特征在于：第一至第三离岸风场交流侧的风机组(1.1、1.16、1.35)的转速由各自的本地风机从变流器控制模块进行控制，第一至第三离岸风场直流侧的直流母线电感(1.6、1.7、1.21、1.22、1.29、1.30)上的直流母线电流由各自的本地风机主变流器控制模块进行控制；所述第一电缆(1.8、1.9)上的母线电流以及电流源逆变器单元(1.12)交流侧的并网，采用电网电压定向控制的中心电网控制模块进行控制；所述陆上直流母线电感(1.10、1.11)上的直流母线自动确定，所述第二至第四电缆(1.23、1.24、1.25、1.26、1.27、1.28)上的直流母线自动确定。

5.如权利要求4所述的一种电流源型高压直流输电系统的运行方法，其特征在于：所述离岸风场交流侧的风机组(1.1、1.16、1.35)包括n台风机，电流源整流器单元包括n个电流源整流器，三相滤波电容组包括n个三相滤波电容，第j台风机的转速所采用的本地风机从变流器控制策略包括以下步骤，j＝1,2，…，n：

步骤1，利用最大功率点追踪模块(4.1)根据风机叶片上测得的风速

获得风机的转速参考值

利用速度控制模块(4.2)根据转速参考值

和实际风机的转速ω_{j_1}得到永磁同步发电机q轴电流参考值

永磁同步发电机d轴电流参考值

设为0；

步骤2，利用电容电流补偿模块(4.3)根据三相滤波电容上测得的三相电压v_{rc_j}获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

步骤3，用永磁同步发电机dq轴电流参考值

分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

得到电流源整流器(2.5j)dq轴参电流考值

和

步骤4，利用电流源整流器(2.5j)的极坐标转换模块(4.4)根据

和

生成电流源整流器(2.5j)的直流电流参考值

和相角θ_{dcrj_1}，

除以母线电感上测得的直流母线电流i_{dc_1}，得到电流源整流器(2.5i)开关脉冲需要的调制因数m_{rj_1}，θ_{dcrj_1}加上永磁同步发电机测得的相角θ_{gj_1}得到电流源整流器(2.5i)开关脉冲需要的相角θ_{rj_1}；

步骤5，利用电流源整流器(2.5j)的脉冲发生模块(4.5)根据调制因数m_{rj_1}和相角θ_{rj_1}生成电流源整流器(2.5j)的六路开关脉冲。

6.如权利要求4所述的一种电流源型高压直流输电系统的运行方法，其特征在于：所述离岸风场交流侧的风机组(1.1、1.16、1.35)包括n台风机，电流源整流器单元包括n个电流源整流器，三相滤波电容组包括n个三相滤波电容，离岸风场直流侧母线电感(1.6、1.7、1.21、1.22、1.29、1.30)上的直流母线电流所采用的本地风机主变流器控制策略包括以下步骤，i＝1,2，…，n：

步骤1，利用最大功率点追踪模块(5.1)根据风机叶片上测得的风速

获得风机的转速参考值

利用速度控制模块(5.2)得到永磁同步发电机q轴电流参考值

永磁同步发电机d轴电流参考值

设为0；

步骤2，利用电容电流补偿模块(5.3)根据三相滤波电容上测得的三相电压v_{rc_i}获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

步骤3，用永磁同步发电机dq轴电流参考值

分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

得到电流源整流器(2.5i)dq轴参电流考值

和

步骤4，利用电流源整流器(2.5i)的极坐标转换模块(5.4)根据

和

生成电流源整流器(2.5i)的直流电流参考值

和相角θ_{dcri_1}；

步骤5，利用最大值比较模块(5.5)将离岸风场的n台风机所采用的本地风机从变流器控制策略所产生的直流母线电流参考值

进行比较，得到n台风机的最大电流参考值

将第i台风机的整流器设为主变换器；

步骤6，利用直流母线电流控制模块(5.6)通过最大直流母线电流参考值

与实际直流母线电流i_{dc_1}的误差，得到电流源整流器(2.5i)开关脉冲需要的调制因数m_{ri_1}，θ_{dcrn_1}加上永磁同步发电机测得的相角θ_{gn_1}得到电流源整流器(2.5n)开关脉冲需要的相角θ_{ri_1}；

步骤7，利用电流源整流器(2.5i)的脉冲发生模块(5.7)根据调制因数m_{ri_1}和相角θ_{ri_1}生成电流源整流器(2.5i)的六路开关脉冲。

7.如权利要求4所述的一种电流源型高压直流输电系统的运行方法，其特征在于：所述第一电缆(1.8、1.9)上的母线电流以及电流源逆变器单元(1.12)交流侧的并网，采用电网电压定向控制的中心电网控制模块进行控制，所采用的控制方法包括以下步骤：

步骤1，利用无功功率控制器模块(6.1)根据电网侧所需的无功功率参考值

和实际系统中的无功功率Q_g的误差，获得电网侧q轴电流参考值

利用直流母线电流控制模块(6.2)根据第一电缆(1.8、1.9)上的母线电流的参考值

和实际测得的母线电流i_G的误差，获得电网侧d轴电流参考值

步骤2，利用电容电流补偿模块(6.3)根据三相滤波电容上测得的三相电压v_gc获得稳态情况下三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

步骤3，用电网侧dq轴电流参考值

分别减去三相滤波电容dq轴的补偿电流

和

得到电流源逆变器组(1.12)dq轴参电流考值

和

步骤4，利用电流源逆变器组(1.12)的极坐标转换模块(6.4)根据

和

生成电流源逆变器组(1.12)的直流电流参考值

和相角θ_dci，

除以实际测得的陆上直流母线电感(1.10、1.11)上的母线电流i_G，得到电流源逆变器组(1.12)开关脉冲需要的调制因数m_i，θ_dci加上电网侧根据锁相环模块(6.5)测得的相角θ_g得到电流源逆变器组(1.12)开关脉冲需要的相角θ_i；

步骤5，利用电流源逆变器组(1.12)的脉冲发生模块(6.6)根据调制因数m_i和相角θ_i生成电流源逆变器组(1.12)的六路开关脉冲。

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