基于MPPMSG的混合高压直流风电系统故障穿越技术

为解决传统风电系统变换级数多的问题,文中提出了一种基于多相永磁同步电机(MPPMSG)的混合高压直流风电系统拓扑。电机多套绕组分别连接单极性变流器并在直流侧串联形成高压直接接入直流母线,一套绕组向电机注入无功功率以改善电机调速和稳态性能。岸上变电站采用电网换相换流器,直流母线短路时可阻断短路电流。为解决多绕组耦合问题,MPPMSG采用了反馈解耦的控制策略。根据发电机短路特性分析,提出了直流母线短路时限制电机短路电流以及直流故障穿越的控制策略。最后,利用PSCAD/EMTDC搭建风电系统开关电路仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。     

具有无功馈送绕组的多相永磁同步发电机稳态特性

对于5 MW及以上超大功率近海风电机组,现有中低压技术方案使发电机与变流器均需要承受较大电流,因此风电系统效率低下。文中简述了具有无功馈送绕组的高压永磁多相风力发电机结构。这种新的结构可以利用拓扑简单的单极性变流器串联直接实现高压直流,同时利用无功馈送绕组,向发电机注入无功功率可以实现发电机励磁与转矩的解耦控制。另外,新的技术方案还能在直流母线短路时,对短路电流峰值进行抑制。文中着重分析了该方案中发电机的稳态特性,首先推导了定子多绕组同步发电机的数学模型,然后通过数值计算的方法,利用一个设计好的6.7 MVA风力发电机相关参数对新的技术方案中发电机的稳态特性进行了分析。     

基于可控电压源的高压直流输电换相失败抑制技术

为解决传统高压直流输电系统换相失败的问题，文中提出一种在电网换相换流器（LCC）与换流变压器之间串联级联H桥构成柔性化LCC系统的方案。级联H桥作为可控电压源产生容性交流电压，可以实现对换流阀实际换相电压的调节，从而有利于降低换相失败发生的概率。文中根据换流变压器二次侧相位关系建立起柔性化LCC的准稳态模型，进而研究了系统直流母线电压和实际熄弧角的控制关系并证明了柔性化LCC具备可以实现电网功率因数调节的特性。之后，文中提出了针对不同电网状况的可控电压源和LCC协调控制策略，使得系统在故障条件下能够同时满足保障直流功率传输和抗逆变颠覆的要求。最后，利用PSCAD/EMTDC仿真证明了所提出的方案在交流电压跌落时相比传统LCC方案能够更有效的维持系统稳定、抑制换相失败发生。