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1、学 校 代 码 10530 学 号 200911011496分 类 号 TM614 密 级硕 士 学 位 论 文基 于 精 简 矩 阵 变 换 器 的 海 上 风 电 高 压 直流 输 电 控 制 策 略 研 究学 位 申 请 人 龙美志指 导 教 师 邓文浪教授学 院 名 称 信息工程学院学 科 专 业 电力电子与电力传动研 究 方 向 电力电子装置与系统二一三年六月一日Research of HVDC transmission ControlStrategy for Offshore Wind Power GenerationBased on Reduced Matrix Converte
2、rCandidate Long Mei ZhiSupervisor Deng WenlangCollege College of Information EngineeringProgram Power Electronics and Power DriveSpecialization Power Electronics Device and SystemDegree Master of EngineeringUniversity Xiangtan UniversityDate June, 1th, 2013湘潭大学学位论文原创性声明本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 论 文 是 本
3、人 在 导 师 的 指 导 下 独 立 进 行 研 究 所 取 得 的研 究 成 果 。 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含 任 何 其 他 个 人 或集 体 已 经 发 表 或 撰 写 的 成 果 作 品 。 对 本 文 的 研 究 做 出 重 要 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。 本 人 完 全 意 识 到 本 声 明 的 法 律 后 果 由 本 人 承 担 。作 者 签 名 ： 日 期 ： 年 月 日学位论文版权使用授权书本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 学 校 有 关
4、保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 同 意 学 校 保留并向国家 有关部门或 机构送 交论文的复 印件和电子 版，允许论 文被查 阅 和 借阅 。 本 人 授 权 湘 潭 大 学 可 以 将 本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行检 索 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 。涉 密 论 文 按 学 校 规 定 处 理 。作 者 签 名 ： 日 期 ： 年 月 日导 师 签 名 ： 日 期 ： 年 月 日摘 要海 上 风 力 发 电 具 有 受 环 境 影
5、响 小 、 风 能 资 源 丰 富 、 机 组 年 利 用 小 时 数 高 等 优 点 ， 且风 电 场 离 海 岸 越 远 ， 风 速 越 大 且 稳 定 ， 风 电 场 输 出 功 率 更 高 、 更 稳 定 。 在 远 距 离 输 电 中 ，高 压 直 流 输 电 (high voltage direct current transmission， HVDC)比 交 流 输 电 具 有 更 高 的 经济 性 、 稳 定 性 和 可 靠 性 。 海 上 风 力 发 电 与 高 压 直 流 输 电 结 合 是 未 来 风 力 发 电 及 其 电 能 传输 技 术 的 发 展 方 向 。换流器
6、是海上风力发电机组和 HVDC 的 核 心 环 节 ， 由 于 海 上 风 电 地 理 环 境 的 特 殊性 ， 海 上 风 电 HVDC 对换流器在体积、重量、可靠性、效率等方面提出了更高要求。虽 然 ， 基 于 DC grid 的 海 上 风 电 HVDC 系统解决了基于 AC grid 的海上风电 HVDC 存 在着 的 变 压 器 体 积 庞 大 问 题 ， 但 仍 存 在 不 足 之 处 ： 传 统 换 流 器 转 换 级 数 较 多 ， 增 加 了 能 量损 耗 ； 电 解 电 容 的 使 用 增 加 了 系 统 体 积 和 重 量 的 同 时 ， 降 低 了 系 统 可 靠 性
7、。 精 简 矩 阵 变换 器 (reduced matrix converter， RMC)是 从 双 级 矩 阵 变 换 器 拓 扑 中 衍 生 出 的 一 种 新 型 功 率变换器，具有体积小、重量轻、转换级数少和可靠性高等优点，因此，RMC 成 为 海 上风 电 HVDC 系 统 一 种 理 想 的 功 率 变 换 器 。 目 前 ， 虽 然 在 RMC 的 拓 扑 、 调 制 策 略 、 损 耗分 析 等 方 面 的 研 究 取 得 一 定 成 果 ， 但 RMC 的换流策略复杂，亟待改进，且未有文献能针 对 具 体 的 风 电 机 组 提 供 完 整 的 RMC-HVDC 控 制 策
8、 略 ， 而 国 内 在 该 领 域 的 研 究 尚 属 空白 。本 文 首 先 介 绍 了 RMC 换流器的拓扑结构及其工作原理，对 RMC 双 极 性 电 流 空 间矢 量 调 制 (bipolar current space vector pulse-width modulation， B-C-SVM) 策 略 进 行 了 详细 分 析 ， 推 导 了 RMC 换流器输入电压与输出电压之间的关系式，并给出了 B-C-SVM的 简 化 算 法 。 接 着 ， 提 出 了 RMC 的一种新型两步换流策略，其优势体现在：不需要增加 电 压 /电 流 硬 件 检 测 电 路 ， 成 本 比 较
9、低 ； 每 个 换 流 状 态 （ 即 每 个 矢 量 ） 为 两 个 单 相 开 关导通，不需要辅助开关保持驱动，可防止输入相短路，减少开关导通个数和开关损耗；换 流 策 略 简 单 ， 适 用 于 整 个 换 流 区 间 ； 利 用 开 关 关 断 时 间 远 大 于 开 通 时 间 这 一 特 性 ， 可简 化 成 一 步 换 流 。 其 次 ， 结 合 RMC 在 HVDC 中 的 应 用 优 势 ， 将 RMC 换 流 器 作 为 海 上风 电 直 流 风 电 机 组 的 机 侧 换 流 器 ， 建 立 了 基 于 RMC 的 海 上 风 电 HVDC 系 统 各 个 模 块 的数
10、学 模 型 ， 提 出 了 基 于 RMC 的海上风电 HVDC 系 统 的 综 合 控 制 策 略 ， 实 现 了 直 流 风 电机组的最大风能追踪控制、并网有功/ 无 功 解 耦 控 制 和 HVDC 功 率 平 衡 控 制 等 。 最 后 ，建 立 了 基 于 RMC 的海上风电 HVDC 系 统 的 仿 真 模 型 ， 仿 真 结 果 验 证 了 所 提 控 制 策 略 的正 确 性 和 有 效 性 。关 键 词 ： 精 简 矩 阵 变 换 器 ； 高 压 直 流 输 电 ； 海 上 风 力 发 电 ； 双 极 性 空 间 矢 量 调 制 ； 两 步换 流 ； 最 大 风 能 追 踪
11、。IAbstractOffshore wind power generation has many advantages, such as little affected byenvironment, abundant wind energy resources, turbines with high annual utilization hours,moreover, the more wind farms farther from the coast, the more larger and stable of the windspeed, and the wind farms outpu
12、t power will be higher and stable. High voltage direct currenttransmission(HVDC) has a higher level of economy, stability and reliability in thelong-distance transmission than high voltage alternating current transmission(HVAC).Offshore wind power generation combined with HVDC will be the futures de
13、velopmentdirection of the wind power generation and power transmission technology.Converter is the core areas of offshore wind power generation turbines and HVDC,because of the special of geographical environment, it has high requirements on the size,weight, reliability and efficiency in HVDC for of
14、fshore wind power generation converter.Although offshore wind power generation HVDC system based DC grid solved the bulkytransformer problem which exist in the offshore wind power generation HVDC system basedAC grid. But there are still inadequacies: the conventional converter applied in this system
15、has too many conversion stages which increasing the energy loss; the use of electrolyticcapacitors which increasing the size and weight, while reducing system reliability. Reducedmatrix converter(RMC) is a novel power converter derived from the two-stage matrixconverter, which became an ideal power
16、converter for offshore wind power generation HVDCsystem because it has smaller size, lighter weight, less conversion stages and higher reliability.Currently, although the study on RMC topology, modulation strategy, loss analysis, etc, ismade certain achievements, but the RMC commutation strategy is still complex and needs tobe improved, and there is no literature for specific wind turbine to provide full RMC-HVDCcontrol strategies, while do
