大型海上全直流风场中基于MMC的风力发电变流器及其控制

发布时间：2019-09-25 18:47

【摘要】：随着海上风场规模的增大,全直流风场成为未来海上风电的发展趋势。模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)广泛应用在大功率、高电压的AC/DC电力变换领域,并且能够实现电能直接从低压交流到高压直流的转换,是一种适用于海上全直流风场的风力发电变流器拓扑。该文针对基于MMC的风力发电变流器的运行特性进行了分析,发现在低调制比的工况下MMC的子模块电容电压纹波会使交流输出电压产生畸变,通过对其机理的分析,提出一种改进的电流控制方法,改善受到电压畸变影响的电流动态控制性能。为了验证理论分析与控制方法,在RT-LAB中对一将6 k V永磁同步发电机连接到50 k V直流网的10 MW风力发电系统进行了建模和仿真,并在30k W的MMC实验平台上进行了实验验证。
【图文】：

稳态运行,实验结果,桥臂

的仿真结果Fig.8Simulationresultsofdynamicrespond2.2实验结果及分析在一个额定功率为30kW的MMC平台上对本文所提方法进行实验验证，MMC实验平台的主要参数如表3所示。为了模拟MMC在低频率、低调制比的运行特性，MMC交流侧连接可编程交流电压源，直流侧连接直流电源。由于接入交流电压源，因此MMC的控制方法由永磁电机矢量控制改变为并网变换器控制，由于电流控制环均采用基于同步旋转坐标系下的PI调节器进行控制，因此结论具有可比性，，不同点在于并网变换器控制中对畸变电压的修正体现在q轴电流上。实验结果的如图9、10表3实验平台MMC参数Tab.3ParametersofMMCexperimentplatform参数名称数值直流额定电压/V300交流侧电压/V37交流频率/Hz20子模块电容额定电压/V50桥臂模块数6子模块电容值/mF9桥臂电感值/mH6子模块开关频率/kHz1.5i20A(/格)t(20ms/格)(a)MMC三相交流电流u(0V1/格)t(20ms/格)(b)A相上桥臂与下桥臂的输出电压u10V(/格)t(20ms/格)(c)A相上桥臂与下桥臂中的4个子模块电容电压图9稳态运行实验结果Fig.9Steadystatesimulationresult

稳态运行,实验结果,桥臂

的仿真结果Fig.8Simulationresultsofdynamicrespond2.2实验结果及分析在一个额定功率为30kW的MMC平台上对本文所提方法进行实验验证，MMC实验平台的主要参数如表3所示。为了模拟MMC在低频率、低调制比的运行特性，MMC交流侧连接可编程交流电压源，直流侧连接直流电源。由于接入交流电压源，因此MMC的控制方法由永磁电机矢量控制改变为并网变换器控制，由于电流控制环均采用基于同步旋转坐标系下的PI调节器进行控制，因此结论具有可比性，不同点在于并网变换器控制中对畸变电压的修正体现在q轴电流上。实验结果的如图9、10表3实验平台MMC参数Tab.3ParametersofMMCexperimentplatform参数名称数值直流额定电压/V300交流侧电压/V37交流频率/Hz20子模块电容额定电压/V50桥臂模块数6子模块电容值/mF9桥臂电感值/mH6子模块开关频率/kHz1.5i20A(/格)t(20ms/格)(a)MMC三相交流电流u(0V1/格)t(20ms/格)(b)A相上桥臂与下桥臂的输出电压u10V(/格)t(20ms/格)(c)A相上桥臂与下桥臂中的4个子模块电容电压图9稳态运行实验结果Fig.9Steadystatesimulationresult
【作者单位】：上海交通大学风力发电研究中心;
【基金】：国家自然科学基金项目(51261130484) 上海市科委基金资助项目(13dz1200202)~~
【分类号】：TM46;TM614

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