基于DC Grid的海上风电场的拓扑结构及控制策略研究

摘要

海上作为风力发电的理想场所近年来得到了广泛的关注。在离岸距离超过75Km的远海处建立风电场,高压直流传输(HVDC)是唯一的传输方式。传统的PCC-HVDC和VSC-HVDC由于需要采用庞大笨重的工频变压器升压结构因而不利于海上风电场的建设,基于DC Grid的海上风电场拓扑结构采用高压大容量直直变换器替换了原有的笨重庞大的工频变压器从而使得系统更加轻便,并提高了系统的效率,是目前海上风电场的建设研究的热门选题。本文从以下几个方面对基于DC Grid的海上风电场进行了分析和研究：
　　1.分析和总结了目前海上风电场的发展状况与并网方式,尤其对基于DC Grid的海上风电场的拓扑结构和适用于基于DC Grid的海上风电场的直直变换器进行了详细叙述。
　　2.提出了基于DC Grid的海上风电场的控制策略,就系统各个部分变流设备的原理进行了阐述：详细论述了永磁同步风机的数学模型、控制策略以及最大功率追踪算法,并分析了通过id=0永磁同步电机控制策略实现最大功率的办法。对两电平VSC和三电平VSC的空间矢量脉宽调制理论进行了详细说明。分析了海上风电场中常用的大功率DC-DC变换器的特点,尤其对全桥DC-DC变换器的工作原理和控制策略进行了详细的论述,提出了机侧及离岸DC-DC变换器的控制策略,提出了岸端逆变器的控制策略。
　　3.用MATLAB/Simulink软件建立了基于DC Grid的海上风电场的系统仿真模型,包括风速模型,永磁同步风机模型,机侧VSC模型,机侧及离岸DC-DC变换器模型和岸端逆变器模型等。对所提出的系统控制策略和拓扑结构进行了仿真验证。
　　4.在原有基于两电平VSC系统的基础上在机侧和网侧对系统进行了三电平结构优化,并就两种结构的谐波特性进行了分析比较。