串联型混合换流器海上风电送出系统及其控制方法、装置与流程

本技术涉及柔性直流输电，具体涉及一种串联型混合换流器海上风电送出系统及其控制方法、装置。

背景技术：

1、海上风电凭借资源储量大、发电效率高、不占用陆地空间等优势，正朝着大规模、深远海方向快速发展。然而，深远海风电的高效、经济送出，始终是制约海上风电规模化开发的关键瓶颈。

2、模块化多电平换流器（modular multilevel converter，mmc）凭借模块化设计、高转换效率、低谐波含量等突出性能，成为当前大规模远海风电直流送出的主流换流器。但mmc结构复杂，需要大量子模块级联，导致其体积庞大、重量沉重，推高了海上平台的建设、运输和安装成本，使得深远海风电项目的经济性大打折扣，严重制约了其进一步发展。

3、相关技术通过配置小容量的mmc构建海上交流母线的电压，并借助陆上换流站为mmc预充电及风场黑启动提供电源。但是，mmc需兼具电压支撑、无功补偿、谐波补偿等多类功能，其设计容量无法压缩过低，导致海上风电送出系统的成本较高。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中海上风电送出系统的成本较高的问题，本技术提供了一种串联型混合换流器海上风电送出系统及其控制方法、装置。

2、第一方面，本技术提供了一种串联型混合换流器海上风电送出系统，可以包括海上换流站和陆上换流站。其中，海上换流站包括二极管整流器、海上换流器和静止无功发生器。

3、二极管整流器的交流侧和海上换流器的交流侧并联且通过交流母线连接海上风电场，二极管整流器的直流侧和海上换流器的直流侧串联且通过直流线路连接陆上换流站的直流侧，陆上换流站的交流侧连接交流电网。静止无功发生器与交流母线连接。

4、在一些可能的实现方式中，海上换流站还包括无源滤波器。无源滤波器与交流母线连接。

5、在另一些可能的实现方式中，二极管整流器包括第一六脉动整流器和第二六脉动整流器。

6、第一六脉动整流器和第二六脉动整流器各自的交流端通过三绕组移相变压器连接交流母线，第一六脉动整流器和第二六脉动整流器各自的直流侧并联，且第一六脉动整流器和第二六脉动整流器各自的直流侧分别设置第一旁路开关。

7、在又一些可能的实现方式中，海上换流器的交流侧通过双绕组隔离变压器连接交流母线，海上换流器的直流侧设置第二旁路开关和接入开关。

8、接入开关设置于海上换流器的正极极线和负极极线上，第二旁路开关设置于正极极线和负极极线之间，且第二旁路开关的第一端与二极管整流器连接，第二旁路开关的第二端与海上换流器连接。

9、可选的，在海上风电场和静止无功发生器处于黑启动阶段，第一旁路开关和接入开关均闭合，第二旁路开关断开。

10、在海上换流器的直流侧处于断开阶段，第一旁路开关和接入开关均断开，第二旁路开关闭合。

11、第二方面，本技术提供了一种串联型混合换流器海上风电送出系统的控制方法，可以包括：

12、根据静止无功发生器中子模块电容的电压参考值对静止无功发生器进行电压电流双闭环控制，得到静止无功发生器的三相基波调制电压参考值。

13、根据交流母线的谐波电流参考值对静止无功发生器进行谐波补偿控制，得到静止无功发生器的谐波补偿电压参考值。

14、根据静止无功发生器的三相基波调制电压参考值和静止无功发生器的谐波补偿电压参考值对静止无功发生器进行控制。

15、在一些可能的实现方式中，根据静止无功发生器中子模块电容的电压参考值对静止无功发生器进行电压电流双闭环控制，得到静止无功发生器的三相基波调制电压参考值，包括：

16、根据静止无功发生器中子模块电容的电压参考值计算交流母线的第一电压参考值。

17、根据交流母线的第一电压参考值对静止无功发生器进行电压外环控制，得到静止无功发生器的电流参考值。

18、根据静止无功发生器的电流参考值对静止无功发生器进行电流内环控制，得到静止无功发生器的三相基波调制电压参考值。

19、进一步的，根据静止无功发生器中子模块电容的电压参考值计算交流母线的第一电压参考值，包括：

20、将静止无功发生器中子模块电容的电压参考值与静止无功发生器中子模块电容的电压实际值的差值进行比例积分控制，得到静止无功发生器中子模块电容的调制电压。

21、将静止无功发生器中子模块电容的调制电压与静止无功发生器中子模块电容的基准电压标幺值叠加并限幅，得到交流母线的第一电压参考值。

22、示例性的，根据交流母线的第一电压参考值对静止无功发生器进行电压外环控制，得到静止无功发生器的电流参考值，包括：

23、将交流母线的电压实际值进行派克变换，得到交流母线的d轴电压实际值和q轴电压实际值。

24、将交流母线的d轴第一电压参考值与交流母线的d轴电压实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到静止无功发生器的d轴电流参考值。

25、将交流母线的q轴第一电压参考值与交流母线的q轴电压实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到静止无功发生器的q轴电流参考值。

26、可选的，根据静止无功发生器的电流参考值对静止无功发生器进行电流内环控制，得到静止无功发生器的三相基波调制电压参考值，包括：

27、将交流母线的电压实际值和静止无功发生器的电流实际值分别进行派克变换，得到交流母线的d轴电压实际值、q轴电压实际值以及静止无功发生器的d轴电流实际值和q轴电流实际值。

28、根据静止无功发生器的d轴电流参考值和q轴电流参考值、交流母线的d轴电压实际值、q轴电压实际值以及静止无功发生器的d轴电流实际值和q轴电流实际值对静止无功发生器进行比例积分控制、解耦控制和限幅，得到静止无功发生器的d轴基波调制电压参考值和q轴基波调制电压参考值。

29、对静止无功发生器的d轴基波调制电压参考值和q轴基波调制电压参考值进反派克变换，得到静止无功发生器的三相基波调制电压参考值。

30、在另一些可能的实现方式中，根据交流母线的谐波电流参考值对静止无功发生器进行谐波补偿控制，得到静止无功发生器的谐波补偿电压参考值，包括：

31、对交流母线的电流实际值进行谐波分量提取和派克变换，得到交流母线在两相旋转坐标系下的第11次谐波电流分量和第13次谐波电流分量。

32、将交流母线的第11次谐波电流参考值与交流母线在两相旋转坐标系下的第11次谐波电流分量的差值进行比例积分控制和反派克变换，得到静止无功发生器的第11次谐波补偿电压参考值。

33、将交流母线的第13次谐波电流参考值与交流母线在两相旋转坐标系下的第13次谐波电流分量的差值进行比例积分控制和反派克变换，得到静止无功发生器的第13次谐波补偿电压参考值。

34、将第11次谐波补偿电压参考值与第13次谐波补偿电压参考值叠加，得到谐波补偿电压参考值。

35、在又一些可能的实现方式中，根据静止无功发生器的三相基波调制电压参考值和静止无功发生器的谐波补偿电压参考值对静止无功发生器进行控制，包括：

36、将静止无功发生器的三相基波调制电压参考值和静止无功发生器的谐波补偿电压参考值的差值进行调制，得到调制指令。

37、根据调制指令对静止无功发生器进行控制。

38、可选的，控制方法还包括：

39、根据交流母线的电压参考值对海上换流器进行电压电流双闭环控制，得到海上换流器的三相调制电压参考值。

40、根据海上换流器的三相调制电压参考值对海上换流器进行控制。

41、进一步的，根据交流母线的第二电压参考值对海上换流器进行电压电流双闭环控制，得到海上换流器的三相调制电压参考值，包括：

42、在海上风电场和静止无功发生器处于黑启动阶段，根据交流母线的第二电压参考值对海上换流器进行电压外环控制，得到海上换流器的电流参考值。在海上换流器的直流侧处于断开阶段，根据海上换流器中子模块电容的电压参考值对海上换流器进行电压外环控制，得到海上换流器的电流参考值。

43、根据海上换流器的电流参考值对海上换流器进行电流内环控制，得到海上换流器的三相调制电压参考值。

44、在一些实现方式中，根据交流母线的第二电压参考值对海上换流器进行电压外环控制，得到海上换流器的电流参考值，包括：

45、将交流母线的电压实际值进行派克变换，得到交流母线的d轴电压实际值和q轴电压实际值。

46、将交流母线的d轴第二电压参考值与交流母线的d轴电压实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到海上换流器的d轴电流参考值。

47、将交流母线的q轴第二电压参考值与交流母线的q轴电压实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到海上换流器的q轴电流参考值。

48、在另一些实现方式中，根据海上换流器中子模块电容的电压参考值对海上换流器进行电压外环控制，得到海上换流器的电流参考值，包括：

49、将海上换流器中子模块电容的电压参考值与海上换流器中子模块电容的电压实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到海上换流器的d轴电流参考值。

50、将海上换流器的无功功率参考值与海上换流器的无功功率实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到海上换流器的q轴电流参考值。

51、可选的，根据海上换流器的电流参考值对海上换流器进行电流内环控制，得到海上换流器的三相调制电压参考值，包括：

52、将交流母线的电压实际值和电流实际值分别进行派克变换，得到交流母线的d轴电压实际值、q轴电压实际值、d轴电流实际值和q轴电流实际值。

53、根据海上换流器的d轴电流参考值和q轴电流参考值以及交流母线的d轴电压实际值、q轴电压实际值、d轴电流实际值和q轴电流实际值对海上换流器进行比例积分控制、解耦控制和限幅，得到海上换流器的d轴调制电压参考值和q轴调制电压参考值。

54、对海上换流器的d轴调制电压参考值和q轴调制电压参考值进反派克变换，得到海上换流器的三相调制电压参考值。

55、第三方面，本技术提供了一种串联型混合换流器海上风电送出系统的控制装置，可以包括：

56、第一控制模块，用于根据静止无功发生器中子模块电容的电压参考值对静止无功发生器进行电压电流双闭环控制，得到静止无功发生器的三相基波调制电压参考值。

57、第二控制模块，用于根据交流母线的谐波电流参考值对静止无功发生器进行谐波补偿控制，得到静止无功发生器的谐波补偿电压参考值。

58、第三控制模块，用于根据静止无功发生器的三相基波调制电压参考值和静止无功发生器的谐波补偿电压参考值对静止无功发生器进行控制。

59、在一些可能的实现方式中，第一控制模块具体用于：

60、根据静止无功发生器中子模块电容的电压参考值计算交流母线的第一电压参考值。

61、根据交流母线的第一电压参考值对静止无功发生器进行电压外环控制，得到静止无功发生器的电流参考值。

62、根据静止无功发生器的电流参考值对静止无功发生器进行电流内环控制，得到静止无功发生器的三相基波调制电压参考值。

63、进一步的，第一控制模块用于：

64、将静止无功发生器中子模块电容的电压参考值与静止无功发生器中子模块电容的电压实际值的差值进行比例积分控制，得到静止无功发生器中子模块电容的调制电压。

65、将静止无功发生器中子模块电容的调制电压与静止无功发生器中子模块电容的基准电压标幺值叠加并限幅，得到交流母线的第一电压参考值。

66、示例性的，第一控制模块用于：

67、将交流母线的电压实际值进行派克变换，得到交流母线的d轴电压实际值和q轴电压实际值。

68、将交流母线的d轴第一电压参考值与交流母线的d轴电压实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到静止无功发生器的d轴电流参考值。

69、将交流母线的q轴第一电压参考值与交流母线的q轴电压实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到静止无功发生器的q轴电流参考值。

70、可选的，第一控制模块用于：

71、将交流母线的电压实际值和静止无功发生器的电流实际值分别进行派克变换，得到交流母线的d轴电压实际值、q轴电压实际值以及静止无功发生器的d轴电流实际值和q轴电流实际值。

72、根据静止无功发生器的d轴电流参考值和q轴电流参考值、交流母线的d轴电压实际值、q轴电压实际值以及静止无功发生器的d轴电流实际值和q轴电流实际值对静止无功发生器进行比例积分控制、解耦控制和限幅，得到静止无功发生器的d轴基波调制电压参考值和q轴基波调制电压参考值。

73、对静止无功发生器的d轴基波调制电压参考值和q轴基波调制电压参考值进反派克变换，得到静止无功发生器的三相基波调制电压参考值。

74、在另一些可能的实现方式中，第二控制模块用于：

75、对交流母线的电流实际值进行谐波分量提取和派克变换，得到交流母线在两相旋转坐标系下的第11次谐波电流分量和第13次谐波电流分量。

76、将交流母线的第11次谐波电流参考值与交流母线在两相旋转坐标系下的第11次谐波电流分量的差值进行比例积分控制和反派克变换，得到静止无功发生器的第11次谐波补偿电压参考值。

77、将交流母线的第13次谐波电流参考值与交流母线在两相旋转坐标系下的第13次谐波电流分量的差值进行比例积分控制和反派克变换，得到静止无功发生器的第13次谐波补偿电压参考值。

78、将第11次谐波补偿电压参考值与第13次谐波补偿电压参考值叠加，得到谐波补偿电压参考值。

79、在又一些可能的实现方式中，第三控制模块用于：

80、将静止无功发生器的三相基波调制电压参考值和静止无功发生器的谐波补偿电压参考值的差值进行调制，得到调制指令。

81、根据调制指令对静止无功发生器进行控制。

82、进一步的，控制装置还包括第四控制模块，第四控制模块用于：

83、根据交流母线的电压参考值对海上换流器进行电压电流双闭环控制，得到海上换流器的三相调制电压参考值。

84、根据海上换流器的三相调制电压参考值对海上换流器进行控制。

85、可选的，第四控制模块具体用于：

86、在海上风电场和静止无功发生器处于黑启动阶段，根据交流母线的第二电压参考值对海上换流器进行电压外环控制，得到海上换流器的电流参考值。在海上换流器的直流侧处于断开阶段，根据海上换流器中子模块电容的电压参考值对海上换流器进行电压外环控制，得到海上换流器的电流参考值。

87、根据海上换流器的电流参考值对海上换流器进行电流内环控制，得到海上换流器的三相调制电压参考值。

88、进一步的，第四控制模块用于：

89、将交流母线的电压实际值进行派克变换，得到交流母线的d轴电压实际值和q轴电压实际值。

90、将交流母线的d轴第二电压参考值与交流母线的d轴电压实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到海上换流器的d轴电流参考值。

91、将交流母线的q轴第二电压参考值与交流母线的q轴电压实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到海上换流器的q轴电流参考值。

92、示例性的，第四控制模块用于：

93、将海上换流器中子模块电容的电压参考值与海上换流器中子模块电容的电压实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到海上换流器的d轴电流参考值。

94、将海上换流器的无功功率参考值与海上换流器的无功功率实际值的差值进行比例积分控制和限幅，得到海上换流器的q轴电流参考值。

95、可选的，第四控制模块用于：

96、将交流母线的电压实际值和电流实际值分别进行派克变换，得到交流母线的d轴电压实际值、q轴电压实际值、d轴电流实际值和q轴电流实际值。

97、根据海上换流器的d轴电流参考值和q轴电流参考值以及交流母线的d轴电压实际值、q轴电压实际值、d轴电流实际值和q轴电流实际值对海上换流器进行比例积分控制、解耦控制和限幅，得到海上换流器的d轴调制电压参考值和q轴调制电压参考值。

98、对海上换流器的d轴调制电压参考值和q轴调制电压参考值进反派克变换，得到海上换流器的三相调制电压参考值。

99、再一方面，本技术还提供了一种计算机设备，包括：一个或多个处理器。

100、处理器，用于执行一个或多个程序。

101、当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，实现如上述的控制方法。

102、再一方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序。计算机程序被执行时，实现如上述的控制方法。

103、与现有技术相比，本技术的有益效果为：

104、本技术提供的海上风电送出系统，可以包括海上换流站和陆上换流站。其中，海上换流站包括二极管整流器、海上换流器和静止无功发生器。二极管整流器的交流侧和海上换流器的交流侧并联且通过交流母线连接海上风电场，二极管整流器的直流侧和海上换流器的直流侧串联且通过直流线路连接陆上换流站的直流侧，陆上换流站的交流侧连接交流电网。静止无功发生器与交流母线连接。本技术通过静止无功发生器不仅可以补偿二极管整流器的无功消耗，还可以减小海上换流器的额定容量，进而降低海上风电送出系统的成本。

105、本技术通过静止无功发生器可以实现海上换流器的有功、无功解耦控制，提高了海上换流器的控制稳定性。海上换流器仅保留黑启动功能，启动结束后仅提供满容量无功补偿，从而降低海上换流站的成本。

106、本技术提供的技术方案在海上风电送出系统的功率阶段，无功调节余量充足，适配海上风电场大幅度出力波动，而且通过静止无功发生器可以调节海上换流器的无功功率，海上换流器无需长期运行在无功重载区间，降低了海上换流站的变流损耗。

107、本技术在对svg的控制过程中，基波控制与谐波控制相互解耦，互不干扰，提高了控制稳定性。

108、本技术提供的技术方案在基波控制外环引入svg中子模块电容电压参考值，能够实时均衡svg中各子模块电容的电压，有效抑制电压发散、防止器件过压击穿，既可保障svg在基波无功调节叠加谐波补偿的复合负载工况下长期稳定连续运行，也能在风电功率大幅波动、谐波剧烈扰动场景下，避免因子模块电压不均衡引发装置跳闸退出，显著提升svg运行容错能力。