[发明专利]海上风电二极管整流单元送出系统的构网型风机控制方法

说明书

本发明公开了一种海上风电二极管整流单元送出系统的构网型风机控制方法，风电机组网侧换流器的控制系统分为3层：第1层为有功功率控制器和无功功率控制器，第2层为电压控制器，第3层为电流控制器；无功功率实际值用基于风电机组本身容量的标幺值来表示；所有风电机组采用相同的无功功率指令值，该指令值不随时间而变化，为一个恒定值；所有风电机组采用的无功功率控制器具有相同的结构和参数。本发明控制方法实施简单、可靠性高，对构网型风机的控制具有指导作用，通用性强，适用于多种海上风电经DRU并网系统，无需附加额外设备，能够降低工程造价，在实际工程中有巨大的应用价值。

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，具体涉及一种海上风电二极管整流单元送出系统的构网型风机控制方法。

背景技术

海上风电场具有更加丰富且稳定的风能资源，是未来风电发展的主要趋势；如何实现远距离大容量海上风电的可靠并网，是目前海上风电领域的关键技术。

近海小规模风电场绝大多数采用工频高压交流输电系统(HVAC)并网，该方案技术成熟度高、投资成本低，但是严重的电容效应制约了交流海缆的输电距离。截至目前，已投产的远海风电场基本采用基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)送出，但是需要建设大型海上换流站平台，建设难度和投资成本较高。

为了进一步提高海上风电并网系统的经济性，近年来二极管整流单元(DRU)越来越受到学术界和工业界的关注。与其他低成本换流器拓扑相比，DRU具有更小的功率损耗、更低的成本和更高的可靠性，在海上风电并网场景下表现出巨大的发展潜力。据估计，与MMC-HVDC方案相比，海上平台采用DRU时的投资成本将降低65%。

海上风电二极管整流单元送出系统是指将海上风电场经过基于DRU的整流站和基于MMC的逆变站连接至陆上电网的系统，海上风电场中包含多个风电机组，所有风电机组经过中压集电系统汇集到海上风电场交流母线，风电机组包含有风力发电机、机侧换流器、网侧换流器、升压变压器等设备。

基于DRU的海上风电并网方案能否有效实施的关键在于海上交流电网电压的幅值和频率能否得到有效控制；DRU并不具备主动控制能力，需要由外部电压源提供换相电压。有文献提出了加装额外设备作为海上电网的交流支撑电压源，例如配备联接陆上电网的并列交流海缆，加装并联的小容量STATCOM(静止同步补偿器)等，但是附加设备将削弱DRU带来的经济效益。

为了充分发挥海上风电经DRU送出系统的经济性优势，目前有文献提出了使风机运行于构网模式来控制海上交流系统电压，风机构网型控制器的设计至关重要，其中如何控制无功功率在所有风机之间无通信地均匀分配，以及如何控制风机频率是技术难点。已有文献对风机频率以及控制系统参考相位的控制方法主要分为两类：一类是由锁相环(PLL)提供，但是在弱电网中PLL可能锁相失败，导致系统不稳定；另一类是采用全局统一参考坐标系，该方法取消了PLL的设置，但是需要向所有风机发送GPS信号，实施复杂。

到目前为止，已公开的绝大多数文献基本集中于采用PLL或GPS信号控制风机频率，针对已有控制策略中存在的问题，为了进一步发挥海上风电经DRU并网的技术经济性优势，提高构网型风机的可靠性，很有必要对构网型风机控制策略进行研究。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种海上风电二极管整流单元送出系统的构网型风机控制方法，该控制方法实施简单，可靠性高，通用性强，适用于多种海上风电经DRU送出场景，能够大大提高海上风电并网系统的经济性，在实际工程中有巨大的使用价值。

一种海上风电二极管整流单元送出系统的构网型风机控制方法，所述海上风电二极管整流单元送出系统包含有海上风电场，所述海上风电场包含有多个风电机组，所述构网型风机控制方法即用于对每个风电机组中的风机网侧换流器进行控制，包括如下步骤：