基于二极管分散整流的风电机组中压直流汇集直接送出系统

杨明扬; 王晗; 蔡旭; 张建文

doi:10.7500/AEPS20230629003

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基于二极管分散整流的风电机组中压直流汇集直接送出系统

海上风电系统关键技术 | 更新时间：2025-06-16

- 基于二极管分散整流的风电机组中压直流汇集直接送出系统
- Medium-voltage DC Collection and DC Transmission System of Wind Turbines Based on Distributed Diode Rectifiers
- 电力系统自动化 2024年48卷第2期页码：9-19
- 作者机构：
  
  上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市 200240
- 作者简介：
  
  杨明扬(1994—)，男，博士研究生，主要研究方向：海上风电轻型直流输电。E-mail：1798284716@qq.com
  王晗(1982—)，男，助理研究员，主要研究方向：新能源发电与并网控制技术。E-mail：wanghansjtu@sjtu.edu.cn
  蔡旭(1964—)，男，通信作者，博士生导师，教授，主要研究方向：新能源发电技术。E-mail：xucai@sjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家电网有限公司科技项目(5500-202055324A-0-0-00);已申请国家发明专利（申请号：CN201910664238.7）
- DOI：10.7500/AEPS20230629003
  中图分类号：
- 收稿：2023-06-29，
  
  修回：2023-09-05，
  
  网络出版：2023-12-26，
  
  纸质出版：2024-01-25
- 稿件说明：
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杨明扬,王晗,蔡旭等.基于二极管分散整流的风电机组中压直流汇集直接送出系统[J].电力系统自动化,2024,48(2):9-19.

YANG Mingyang,WANG Han,CAI Xu,et al.Medium-voltage DC Collection and DC Transmission System of Wind Turbines Based on Distributed Diode Rectifiers[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(2):9-19.
杨明扬,王晗,蔡旭等.基于二极管分散整流的风电机组中压直流汇集直接送出系统[J].电力系统自动化,2024,48(2):9-19. DOI： 10.7500/AEPS20230629003.

YANG Mingyang,WANG Han,CAI Xu,et al.Medium-voltage DC Collection and DC Transmission System of Wind Turbines Based on Distributed Diode Rectifiers[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(2):9-19. DOI： 10.7500/AEPS20230629003.

摘要

基于二极管分散整流的风电机组中压直流汇集直接送出系统可以省去海上升压站及海上换流站，对于中远距离、中等规模海上风电具有突出经济优势。针对其特有的输电电流纹波问题，建立了多机动态移相参考坐标系（DPSRF）并提出按DPSRF坐标系

轴定向的电压矢量控制，实现多台机组的分散式二极管整流器整流电流矢量和输出电流纹波的交错分布，有效降低直流输电电流和电压纹波。计及纹波交错算法中动态移相角影响，建立风电机组网侧变换器小信号状态空间模型，基于特征根分析辨识系统弱阻尼环节，并针对性地提出镇定控制策略。发挥该系统有望免除直流断路器的优势，制定了基于扰动注入的故障定位策略，配合继电保护逻辑和机组动作时序实现无通信依赖的直流内网多故障位置故障定位与隔离。最后，PSCAD仿真和基于RT-LAB的硬件在环实验验证了所提控制保护策略的有效性。

Abstract

The medium-voltage DC (MVDC) collection and DC transmission systems of wind turbines based on distributed diode rectifiers do not require offshore booster stations and offshore converter stations

and have outstanding economic advantages for medium-to-long-distance and medium-scale offshore wind power. Aiming at its unique transmission current ripple problem

a multi-unit dynamic phase-shifting reference frame (DPSRF) is established and voltage vector control oriented to the

-axis of the DPSRF coordinate system is proposed to interleave the rectification current vectors and output current ripple of the distributed diode rectifiers. The staggered distribution of output current ripple effectively reduces DC transmission current and voltage ripple. Considering the influence of the dynamic phase shift angle in the ripple interleaving algorithm

a small-signal state-space model of the wind turbine grid-side converter is established

and the weak damping link of the system is identified based on the characteristic root analysis

and a stabilization control strategy is proposed. Taking advantage of the system’s potential to avoid DC circuit breakers

a fault location strategy based on the disturbance injection is formulated

and the relay protection logic and turbine operation sequence are used to realize fault localization and isolation of multiple fault locations in the DC internal network without a communication system. Finally

PSCAD simulation and RT-LAB-based hardware-in-the-loop experiments verify the effectiveness of the proposed control and protection strategy.

关键词

Keywords

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