1。3 基于HVDC的风电场并网技术的发展

1。4本文的主要内容

论文在开始时分析海上风电的目的及意义，国内外发展状况以及基于VSC-HVDC海上风电场的发展，国内外研究状况，然后分析VSC-HVDC的原理，建立系统的数学模型，由此设计控制器并实现，接下来进行仿真，对仿真结果进行分析得出相应结论。可归纳为以下几点：

（1）介绍海上风力发电的发展现状，并对海上风力发电机组进行比较；

（2）分析VSC-HVDC系统基本结构和工作原理，建立VSC-HVDC系统的数学模型；

（3）以建立的VSC-HVDC数学模型为基础，利用PID控制技术原理设计控制系统；

（4）建立VSC-HVDC的仿真模型，利用Matlab/Simulink进行仿真、调试, 对相关PID参数进行优化修改,分析仿真结果，得出结论。

第2章 VSC-HVDC系统结构、原理及建模

2。1 概述

本文将利用VSC技术的HVDC称为VSC-HVDC,不同于传统的利用线换向换流器技术LCC（Line Commutated Converter）的HVDC，在不同的公司有不同的名称，在ABB公司叫做HVDC-Light,Siemens叫做HVDC plus,在中国称之为Flexible HVDC。本章主要介绍分析VSC-HVDC系统的结构和工作原理，并在此基础上建立三相VSC的低频动态模型，以及在dq0坐标系下的该模型。

VSC-HVDC系统是一种新型直流输电技术，特点是将以IGBT、IGCT、GTO等可关断器件，脉宽调制技术（PWM）等技术相结合。采用该技术能够轻松解决传统高压直流输电技术中存在的大量问题，比如占地面积大，谐波含量多等，不能单独控制有功功率或者无功功率，可能产生很大的过电压，换向困难等。但是采用VSC-HVDC技术能够实现所连接系统的运行稳定，向系统提供无功功率和有功功率的必要援助，无功和有功的结构控制，容易构成多端直流系统等许多优势。

2。1。1 VSC-HVDC系统结构

电压源型直流输电系统结构图如图2-1所示。 直流电容，直流电缆，滤波器，换流电抗器，换流站，控制与保护系统等元件组成了VSC-HVDC系统，这些元件由绝缘栅极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、门极可关断晶闸管GTO等全控型电力电子器件构成。

图2-1 直流输电系统（电压源型）结构图

下面介绍几个重要组成部分：

（1）变压器

若要降低整个轻型直流输电系统的成本，而且降低系统中滤波器的容量，可以通过调节分接头（前提是使用有分接头的变压器），来确保交流系统中的电压在经过变换后，能够调节到相匹配的换流器的二次侧电压，从而使脉宽调制的调制度得到保证，尽量减少输出的电压、电流的谐波分量。正如图2。1所看到的，变压器一次绕组利用星形接法来连接换流站的二次侧，采用的是三角形接法，这种方法应用于轻型直流输电中，因为这种接法能有将零序分量抑制在二次侧，大幅度减少谐波分量、直流分量的优势。文献综述

（2）电压源换流站

电压源换流站的组成为：反并联二极管构成的二电平拓扑结构器件与大功率的全控型电力电子器件。由于电力电子技术的迅速发展使得电力电子器件性能得到大幅度改善，为构建大功率高压换流站作出了巨大贡献，集成门极换流晶闸管的关断电流达到了3～6kA，峰值电压达到了6kV，绝缘栅极晶体管的最大通断电流达到了3kA，耐压等级也达到了6。5kV。

换流站一般采用二电平拓扑结构，其组成为6个桥臂，该电压型变换器有简单的拓扑结构。换流站也可以使用三电平拓扑结构，组成也是6个桥臂，每个桥臂与二电平拓扑结构不同，前者是由两组全控型器件和反并联二极管组成，后者是一组全控型器件和反并联二极管。采用脉宽调制技术可以实现桥臂的开通与关断。其他拓扑结构有可靠性低，结构较为复杂的问题所以不建议采用。