适用于全直流海上风电场的柔性换流高压大容量直流变压器

李彬彬; 王宁; 赵晓东; 李磊; 徐殿国

doi:10.7500/AEPS20220512002

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适用于全直流海上风电场的柔性换流高压大容量直流变压器

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 适用于全直流海上风电场的柔性换流高压大容量直流变压器
- High-voltage Large-capacity DC Transformer Based on Flexible Commutation for Full-DC Offshore Wind Farm
- 电力系统自动化 2022年46卷第22期页码：129-141
- 作者机构：
  
  哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江省哈尔滨市 150001
- 作者简介：
  
  李彬彬(1989—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：柔性直流输电技术、可再生能源发电技术、模块化多电平技术等。E-mail：libinbin@hit.edu.cn
  王宁(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：大功率隔离型直流变压器。E-mail：wangning@stu.hit.edu.cn
  赵晓东(1996—)，男，博士研究生，主要研究方向：电力电子变压器、大规模新能源汇集送出关键技术。E-mail：xiaodong-zhao@stu.hit.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52177173);已申请国家发明专利（申请号：CN202011132969.6）
- DOI：10.7500/AEPS20220512002
  中图分类号：
- 收稿：2022-05-12，
  
  修回：2022-07-20，
  
  网络出版：2022-09-27，
  
  纸质出版：2022-11-25
- 稿件说明：
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李彬彬,王宁,赵晓东等.适用于全直流海上风电场的柔性换流高压大容量直流变压器[J].电力系统自动化,2022,46(22):129-141.

LI Binbin,WANG Ning,ZHAO Xiaodong,et al.High-voltage Large-capacity DC Transformer Based on Flexible Commutation for Full-DC Offshore Wind Farm[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(22):129-141.
李彬彬,王宁,赵晓东等.适用于全直流海上风电场的柔性换流高压大容量直流变压器[J].电力系统自动化,2022,46(22):129-141. DOI： 10.7500/AEPS20220512002.

LI Binbin,WANG Ning,ZHAO Xiaodong,et al.High-voltage Large-capacity DC Transformer Based on Flexible Commutation for Full-DC Offshore Wind Farm[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(22):129-141. DOI： 10.7500/AEPS20220512002.

摘要

全直流海上风电场是支撑海上风电向大型化、深远海化发展的前沿技术，有望提高风电汇集与送出效率，减小海上平台体积。百千伏/百兆瓦级直流变压器是全直流海上风电场亟待突破的技术瓶颈。文中提出了一种柔性换流高压大容量直流变压器拓扑，探索了基于有源桥臂与晶闸管阀组、二极管阀组相配合的新型换流方式，结合了晶闸管、二极管阀组导通损耗低、功率密度高、串联技术成熟的优势与有源桥臂电压、电流波形高度可控的特点，从而实现高效率柔性换流、高可控功率变换，且输入、输出直流电流平滑，无须安装滤波器。文中详细介绍了所提拓扑的电路结构、工作原理以及控制策略，并通过±35 kV/±400 kV、300 MW仿真模型和小功率实验样机进行了验证。最后，与现有柔性直流输电模块化多电平换流器海上平台进行对比分析，说明了所提直流变压器拓扑的技术经济性。

Abstract

The full-DC offshore wind farm is an advanced technology promoting the development of large-scale and far-reaching offshore wind farms. It is expected to improve the efficiency of wind power collection and transmission

and reduce the volume of the offshore platform. However

the DC transformer with the capability of hundreds of kilovolts and megawatts is the technical bottleneck of the full-DC offshore wind farm. This paper proposes a topology of the high-voltage large-capacity DC transformer based on flexible commutation

and explores a new commutation mode based on the combination of active bridge arms

thyristors and diode valves. It combines the advantages of thyristors and diode valves with low conduction loss

high power density

technological matureness in series

and the highly controllable voltage and current waveforms of the active arm. Therefore

high-efficiency flexible commutation and high controllable power conversion can be realized. Moreover

the input and output currents are smooth

thus there is no need to install filters. The structure

working principle

and control strategy of the topology are introduced in detail

and it has been demonstrated by a simulation model of ±35 kV/±400 kV and 300 MW and a low-power experimental prototype. Finally

compared with the existing modular multilevel converter offshore platform in the flexible DC transmission

the technological economy of the proposed DC transformer topology is illustrated.

关键词

Keywords

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