基于VSC-HVDC的直流串并联海上风电场机组控制

【摘要】：大规模开发与建设海上风电场逐渐成为今后几年各国能源发展的主要战略规划,传统海上风电场一般采用基于HVAC输电的交流汇集式拓扑结构,但是随着海上风电场容量增大,这种输电方式传输距离短、传输容量小、高成本等一系列的缺点逐渐显现,并成为限制海上风电发展的主要因素。而新提出的“基于VSC-HVDC的直流汇集式串并联海上风电场被证明是实现海上风电场容量的扩充及海上风能远距离传输最有潜力的方案。本文首先研究了基于VSC-HVDC的直流汇集式串并联型D-PMSG风电场的拓扑结构及配置,并对直流汇集式串并联型D-PMSG风电场的配置进行了优化。并分别建立了风力机、永磁直驱发电机(D-PMSG)及PWM变流器的数学模型,此外,本文深入分析了基于轻型直流输电的串并联型D-PMSG风电场机组的运行特性,提出当串并联风电场中各机组处于不同风速时,如果机组继续采用传统的MPPT控制,处于高风速下机组会出现过电压的问题,处于低风速下机组会出现过调制的问题。其次,针对同一串联簇机组处于不同风速时采用传统的最大功率追踪控制存在的过电压、过调制问题,分析了采用基于超级电容的均压控制的优缺点,提出采用基于超级电容的均压控制只能对分钟级以下的功率差异进行调整,当参考机组以外的机组风速一直高于(或低于)参考机组的风速,这些机组的储能设备将一直处于给超级电容器充电(或放电)的运行状态,会导致设备的过充损坏(或放光)的结果最后,本文提出了一种适用于该拓扑型风电场机组的功率-电压协调最大功率追踪控制,并对控制算法中直流母线电压上限值的设定方法做了深入研究。该方法不仅可以将同一串联簇中其他各机组直流母线电压都钳制在安全范围内,还减少了限压期间下的机组的弃风。在MATLAB/Simulink搭建了相应的仿真模型,仿真结果表明所提出的方法可确保各机组在安全范围内寻找最佳功率点。