论文部分内容阅读
进入21世纪,环境问题又一次成为全球关注的问题,近年来雾霾问题也成为民众较为关注的焦点,电力改革、能源结构的调整势在必行。在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中,能源领域会开始实施结构调整,到2020年,非化石能源的比重将增加至15%,2030年增加至30%,而风能作为资源储量大、地域分散性等特点,成为新能源领域备受关注的发电方式,而其中尤以海上风电备受瞩目。中国拥有地域辽阔的海上领土和海岸线,对于海上风电的研究近年来处于稳步增长的态势,因此,研究海上风电场并网系统具有重要意义。本文提出应用于海上风电的模块化隔离型DC/DC变换器(Modular Isolated DC Converter,MIDC)结构,以及结合模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)在逆变器中的应用,作了相关研究。针对所构建的海上风电并网系统,深入分析了所提出的模块化隔离型DC/DC换流器,的拓扑结构、工作原理,重点研究了模块化隔离型DC/DC的子模块故障问题,提出了子模块故障的冗余保护策略;提出三种备用方式,并且针对备用方式分析了冗余保护的各种工况;结合海上风电并网维护的不便性,提出了子模块故障个数的监测策略,建立了相应的数学模型,并在PSCAD中对于子模块故障进行了仿真验证。考虑到所构建系统主要适用于大容量、高电压的海上风电并网系统,因此对于岸上逆变侧也做了相关重点研究。由于电压等级较高,因此采用模块化多电平换流器作为逆变侧的主要结构,在传统最近电平逼近调制策略(Nearest Level Modulation,NLM)基础上提出了能够抑制二倍频环流的改进型策略,并在所搭建的仿真系统上进行了稳态和暂态的仿真验证。海上风电并网系统远离海岸线,需要较高的可靠性以及稳定性,同时尽量减少故障对电力电子器件的危害,故考虑在岸上逆变器交流出口侧串入故障限流器(Fault Current Limiting,FCL),并构建了相关的仿真模型,分析了故障限流器的工作原理及其对系统拓扑及运行状态的影响,并进行了稳态、暂态以及故障状况下的仿真验证。最后,介绍了所搭建的2250W的九子模块模型,分模块介绍了电路结构以及相关器件的选型依据,同时对DSP的相关控制程序进行了解读,对于模型样机进行了实验测试。