直流串并联海上风电机组控制策略.pdf

第４３卷第３期２０１５年２月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ＿０１．４３ＮＯ．３Ｆｅｂ．１．２０１５直流串并联海上风电机组控制策略李响，韩民晓，许东（新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学电气与电子工程学院），北京１０２２０６）摘要：以ＶＳＣ．ＨＶＤＣ技术为基础，提出了海上风电场直流并串联拓扑结构。此结构可以采用简化结构的永磁直驱风机，具有直流升压的优势，减少了变压站和换流站所需的海上平台建设，也减少了变压和换流过程中的损耗，降低了系统复杂度，减少了建设成本，有利于系统维护。同时此结构在一定程度上解决了风机串联结构和并串联结构中故障所造成的系统波动和支路环流的问题。提出了针对直流串并联结构的协调控制策略。最后通过软件仿真验证该结构的稳定性和控制策略的有效性。关键词：海上风电场；直流并串联；低电压穿越；最大功率追踪—ＣｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＤＣｐａｒａｌｌｅｌｓｅｒｉｅｓｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓＬＩＸｉａｎｇ，ＨＡＮＭｉｎｘｉａｏ，ＸＵＤｏｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｌｔｅｒｎａｔｅＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＳｏｕｒｃｅｓ．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａＤＣｐａｒａｌｌｅｌ・－ｓｅｒｉｅｓｔｏｐｏｌｏｇｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＶＳＣ－－ＨＶＤＣｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｕｓｅｓｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｗｉｔｈｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆＤＣｂｏＯｓｔ．ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｄｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｓｕｂｓｔａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｔａｔｉｏｎｎｅｅｄｅｄ，ｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｌｏｓｓｅｓｏｃｃｕｒｒｅｄｄｕｒｉｎｇｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｐｒｏｃｅｓｓ，ｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔｓａｎｄｂｅｉｎｇｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｓｙｓｔｅｍｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ａｌｓｏ，ｔｈｉｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｏｓｏｍｅｅｘｔｅｎｔｓｏｌｖｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｓｙｓｔｅｍｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓａｎｄｂｒａｎｃｈｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｆａｕｌｔｓｉｎＤＣｓｅｒｉｅｓｓｙｓｔｅｍａ—ｎｄＤＣｓｅｒｉｅｓｐａｒａｌｌｅｌ—ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＤＣｐａｒａｌｌｅｌｓｅｒｉｅｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ＦｉｎａｌＩｙ，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｉｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙａｌｅｖａｌｉｄａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲ＆ＤＰｒｏｇｒａｍｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．２００９ＢＡＡ２２Ｂ０１）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍ；ｓｅｒｉｅｓｍｕｌｔｉ－－ｔｅｒｍｉｎａｌＶＳＣ・－ＨＶＤＣ；ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ；ＭＰＰＴ中图分类号：ＴＭ７２１．１文献标识码：Ａ—文章编号：１６７４－３４１５（２０１５）０３－００４６０７０引言随着环境污染和气候的形势日益恶化，可再生能源发展越来越受到世界的重视。风电由于其技术和成本的优势在各种可再生能源中成为发展最快的一种能源，现在已经成为一种重要的能源来源ＩＪｑＪ。因为海上风资源更为丰富并且更为优质，同时海上受环境和地域限制更少，所以今年来海上风电发展十分迅速，其投入和建设规模已经有超过陆上风电‘的趋势ｌ５６Ｊ。随着海上风电技术的发展，其容量规模基金项目：国家科技支撑项目（２００９ＢＡＡ２２Ｂ０１）越来越大，而离岸距离也越来越远Ｊ。海上风电的传输相关技术成为了海上风电发展的关键。相比于传统的高压交流输电，高压直流输电在海上风电传输中更加经济。尤其近年来快速发展的—电压源型高压直流（ｖｓｃＨＶＤＣ）技术更具有控制灵活性和经济性Ｊ。关于海上风电直流传输已经有一定的研究，依照传统高压直流传输结构，主要是采用交流汇聚然后将电流通过变压器升压，再经海上换流站转换为直流传输回岸上换流站，经电能变化后输入电网。文献［９．１ｌ】采用直流并联汇聚然后用直流ＤＣ／ＤＣ升压传输。虽然两种电能汇聚方式不同，但都需要建李响，等直流串并联海上风电机组控制策略一４７一设海上平台来进行电能升压处理。为了减少升压带来的损耗和海上平台建设成本，文献［１２．１４１都采用了直流串联升压的办法，但是这几种拓扑结构在都存在一定问题，直接串联结构串联过长对离地远端风机耐压绝缘要求会很高，并且在风机退出处理时串联电压会波动较大；而串并联结构虽然避免了在风机故障退出时电压较大波动，但是支流电流控制存在不确定性，风机故障退出会造成直流环流；矩阵结构主要考虑单机故障时可以平衡故障支路电压，但是由于替代连接风机需要通过两个直路电流，所以器件容量裕度要求较大，成本不够经济。本文提出一种直流并串联传输结构，同样具有直流串联升压的优点，而相对于此前几种串联结构，这种结构在风机故障退出时电压波动相对较小，而电流会按功率比值分配给并联几台风机，减小了单台风机乘载过多电流的压力；通过风电场控制在不加装硬件的情况下可以实现风电场低电压穿越；在这种结构下还可以将永磁风机简化接入更加节约成本降低系统复杂度。本文重点研究分析了此结构下风机控制策略和风电场控制策略，并利用仿真软件对其有效性进行了仿真验证。１直流串并联结构本文所提出的直流串并联结构如图１所示，每台风机连接一个ＡＣ／ＤＣ换流器即简化结构的永磁直驱风机，然后将迎风面同一排的风机直流侧并联起来，再将并联风机组成的机群再串联起来。将同一迎风面风机并联是为了尽量使并联机群中的风机功率接近，可以将系统串联电流平均分配到每个风机，不会因为功率差过大而出现电流过大的情况。图中换流器都采用ＶＳＣ．ＨＶＤＣ换流器。岸上换流器将承载整个风电场功率，其可以采用多端形式或者Ｍ换流器，本文采用两电平ＶＳＣ换流器是为了研究方便，其控制算法可以方便地推广到多端和ＭＭＣ换流器。一～啊‘．．＿Ｊ图１直流并串联风电机组拓扑图—Ｆｉｇ．１ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆＤＣｐａｒａｌｌｅｌｓｅｒｉｅｓｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ２直流串并联风机控制从图１中可以看出将永磁同步风机简化后，由永磁电机连接一个全功率ＶＳＣ型换流器组成。对于风机控制可以采用文献［１５】中关于永磁直驱风机机——侧换流器控制方法转子磁场定向的矢量控制法。而在直流并串联结构中，一个并联风机群中会有一台风机将被指定为主风机，由其来控制和调整机群输出电压，主风机的外环控制目标不是最大功率追踪而是直流电压；其他风机有两种工作模式，一种为正常工作模式，换流器控制工作在最大功率追踪模式下，控制外环目标由最大功率追踪算法得到输出功率，另一种为恒压控制模式，控制外环为控制直流侧电压恒定。由此可以得到直流串并联结构中风机控制框图如图２所示。直流传输系统图２永磁同步电机控制框图Ｆｉｇ．２ＣｏｎｔｒｏｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆＰＭＳＧ３桨距角控制风机桨距角的控制是对风机叶片迎风角度的控制。通过改变转矩角来改变叶片与风之间的角度，改变风能转换机械能效率，从而使风机作用在电机转轴上的机械转矩变化，使发电机输出的功率也跟着变化。不同桨距角下风力机输出的功率和风速的关系见图３所示。图中表示的是风机的工作风速为：５～２４ｍ／ｓ，图中实现表示风力发电机的输出功率。从图中可以看出在正常的工作模式下，桨距角一直在０。工作，保持最大迎风面，接收最大风功率，当风速超过额定风速以后，可以看到输出曲线成恒风力榭．特性（浆距角的间隔为２。１风速ｍ，ｓ１图３风机输出功率与风速和桨距角的关系Ｆｉｇ．３Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅａｎｄｗｉｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｐｉｔｃｈａｎｇｌｅ．．４８．．电力系统保护与控制定值，此时桨距角不断调整，使风力机输出功率与发电机输出功率相平衡，保持风机稳定。桨距角的控制系统一般情况下会由风能限制器和转速调节组成。图中为风机所产生的功率；‰”为风力机转轴转速；含有上缀的为参考值。‰对的控制器也就是风能限制器，的控制器也就是转速调节器，这两者的控制量输出合并成为桨距角的指令参考值【Ｊ＂Ｊ，如图４所示。（ｄＢ／￣）一．图４变桨距控制Ｆｉｇ．４Ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｐｉｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ４直流串并联系统稳态特性从图ｌ中可以看出，直流传输系统的电流是受并网换流器控制的，而对于每一机群内部的电流和其并联电压并不受控制，是相对独立的，但是直流系统的电流间接地影响每个机群的电压值。忽略连接每个机群的电缆上的阻抗和感抗，可以得出㈣式中：啪为直流传输系统直流电压；，ｓ蛳为直流传输系统直流电流；Ｐｃｌ嘶是第机群内并联风机功率之和。由于并联的几台风机出口电压相同，所以每台风机的出口电流与每台风机的输出功率成正比。也就可以得出每台风机的输出电流为：．．．．：Ｐｃｌｕｓｔｅｒｘｙ：（２）一…一一一～－１－一一Ｉ二，ｌ１∞２Ｉｕ式中：尸ｃｌｓｔｅ为第簇里第Ｙ个风机的输出功率；而厶ｌｓｔｅ为第簇中第个风机换流器输出的电流。５直流串并联系统协调控制５．１系统稳态运行控制在每个并联机群中任选一个作为主风机，由其控制机群的输出电压，其他风机按照各自的最大功率追踪控制；通过各风机接收的风能情况计算合适的系统串联电流，发给岸上换流站，由其控制系统串联电流。５。２系统串联电流从直流串并联系统的稳态运行特性可以看出，并联机群的出口电压由其机群内风机所接收风功率大小和系统串联电流所决定，由此如果各机群间风功率差比较大或者串联电流设定不当会造成机群达到电压上限而无法继续跟踪最大功率。会造成系统风功率损失。为了尽量减小风能损耗，确定最优的串联电流，通过风速分布概率计算风能损耗率。尽管在海上风电场的范围不会太大，海平面较为平坦光滑，但是每台风机所接收到的风速还是不可能完全相同。风机机群所接收风速具有有随机性的差异，所年以采用正态分布的函数来进行表述【ｌ引。当串联风机群ｎ足够大，风速分布函数．）可用式（３）表示。一：ｌ二ｆ（Ｖｗ）１ｅ＝，ｎ（式（３）中：是风场的平均风速；ｆ是第ｆ个风机群的平均风速；是风场风速的均方差。分别设风电场平均风速是８ｍ／ｓ，当协方差分别为０．５ｍ／ｓ、１ｍ／ｓ和２ｍ／ｓ时，风机机群概率分布如图５所示。风速概率分布（平均风速８ｍ／ｓ）厉Ｌ远／（ｍ／ｓ）图５不同风速风机的分布Ｆｉｇ．５Ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｉｎｄｓｐｅｅｄ当所有机群都正常工作时，其风场所能发出的有功功率为０．５ｐｒｕ￣（Ｖｗ）ｎｆ（ｖｗ）ｄ（ｖｗ）＋川（４）…ｖｗ＇ｃｕｔ￣ｆｆ０．５（Ｙｗ，ｒａｔｅｄ）ｎｆ（ｖｗ）ｄ（ｖｗ）当需要有风机群限制功率输出时李响，等直流串并联海上风电机组控制策略．４９．只ｕｌＩｃ＝ｌｉｍｉｔｏ．５积（Ｖｗ）ｎｆ（Ｖｗ）ｄ（ｖｗ）＋．．。。岫（５）ｆＶ、ｗ，，ｃｕｔｏｆｆ０．５ｐ￣（Ｖｗ．１ｉｒｎｉｔ）ｎｆ（ｖｗ）ｄ（ｖｗ）式（４）、式（５）中：ｖｗ．。为风机切入风速；Ｖｗ，为额定风速；Ｖｗ，。ｕｔｏｆｆ为风机退出风速；Ｖ￣ｌｉｍｉｔ为限制电压下的切换风速。根据前面两个等式，可得到机群所损失的风功率和可输出的功率的比例关系如式（６）所示。ｆＶ’ｖ？：：ｉ：Ｅ（Ｖｗ）一（Ｖｗ，。劬）ｆ（ｖｗ）ｄ（ｖ）＋ＪＶ、，ｗ，ｅｕｔｏｆ’’ｆ７：，删）一（。．蚰）］厂（ｖ）ｄ（ｖｗ）——————————————ｋｌ＝———————————一（６／ｃＩ）—————————————————————————————ｏｓｓ＿＝一ＬＪ删（Ｖｗ）ｆ（ｖｗ）ｄ（ｖｗ）＋ｆ：（，）ｆ（ｖｗ）ｄ（ｖｗ）。．ｃｕＩ＿ｍＶｗ，ｒａｔｅｄ根据式（６）可以得到风电场风能损失率和机群流传输的风电场低电压穿越控制所需要解决的问电压限定值的关系。可以设机群输出电压限定值为题。由前面风机换流器的控制可知，风机机群输出１．２ｐｕ，风机切入风速为５ｍ／ｓ，额定风速为１２ｍ／ｓ，电压超过电压上限时就会停止上升，此时不仅是主切除风速为２４ｍ／ｓ，图６显示在平均风速为８ｍ／ｓ风机，机群内所有风机都进入恒电压控制。此时风的情况下，系统直流电流的大小和机群损失功率的机输出功率小于风机输入功率，风机转速加快，风关系。机转速如果过快，超过限定值时，桨矩角控制将会上面分析说明了对于直流并串联传输的风电启动，减少风能输入【２们，这时直流系统的电压可用场，增大直流传输电流，可以减小因限制输出而造式（７）表示。成的风能的损耗。不过，因为增大输电电流会增加，，，传输线路上的损耗，在一定程度上还会降低直流系ｓｙｓｔｅｍ一ｘＬ统电压，这样会降低并网侧换流器向电网输出无功的能力，所以需要考虑风电场和电网各种条件因素后才能对系统串联电流进行调整。风能损失率比较（平均风速８ｍ／ｓ）图６机群电压限制值和风能损失率的关系Ｆｉｇ．６ＰｏｗｅｒｌｏｓｓｕｎｄｅｒｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｌｉｍｉｔｅｄＤＣｖｏｌｔａｇｅ５．３系统低电压穿越控制现在具备低电压穿越能力是风电场并网的必要条件【ｌＪ。直流传输风电场处理低电压穿越问题：风电场所发出电能无法发送到电网，由此直流传输系统中会有能量积聚，导致直流侧电压升高，如果不采取措施电压将超过额定值造成系统损坏。在电网出现电压跌落故障时，维持直流系统电压不超过额定值，同时风电场风机不脱离系统停止工作是直式（７）中，巩是风电机群的输出电压上限值。这个时候风电场所有的风机应该都工作在控制直流电压稳定的模式下，直流侧电压可以保持稳定，但是由于全部机群都在电压上限工作，其总和可能会稍大于直流系统的额定值，为了避免系统器件受到损坏，可以根据风机各机群输出功率的情况调整电机机群输出电压的上限，这样让全部机群上限电压相加刚好等于直流系统电压的保护值，这样便可以达到控制直流系统电压的目的，也便是实现了低电压穿越功能。此方法实现低电压穿越充分利用了直流输电系统内的储能元件和风机自身惯性的储能作用，避免了安装额外电路，降低了风电场建设成本【２１］。６系统仿真试验由于风电场控制实验需要多个风机接入才能达到风电场特性模拟的目的，考虑到仿真的复杂度和仿真时间，可以对风机进行适当的简化。简化模型保持风机原有外特性，不会影响风电场仿真结果，可以更专注于风电场的特性分析与控制研究［２２－２。根据永磁直驱风机外特性，可以用风力机模型加受控源来简化永磁直驱风机【２。利用简化风机模型搭建风电场模型如图７所示。永磁同步风机参数：（１）风力机。风力额定功率５ＭＷ；风力额定转．５０．电力系统保护与控制速１．５５ｒａｄ／ｓ；风力机惯性系数１．０６ｘ１０７ｋｇｍ０，额定风速１２ｍ／ｓ。（２）永磁电机。额定功率５ＭＷ；额定频率３５．７７Ｈｚ：转子额定转速为２２４．７５ｒａｄ／ｓ；电机感应电动势２．３１ｋＲＭ；同步感抗４．３３ｍＨ；定子阻抗７２．２ｍＱ；永磁磁链１４５４ｘ１０４Ｖ．Ｓ。图７风电场仿真电路图Ｆｉｇ．７Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｗｉｎｄｆａｒｍ换流器直流侧电容：９ｍＦ。ｌ１最大功率追踪实验设初始状态三个风机集群模块接收的风速都为１１ｍ／ｓ，在运行到５ｓ以后三个风机群接收到的风速发生改变。设定系统串联电流参考值为１．０ｐ．ｕ．。ｆａ）各机群接收到的风速：：～Ｉ（ｂ）各机群输出电压图８风电场最大功率追踪实验波形图Ｆｉｇ．８ＷａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｗｉｎｄｆａｒｍＭＰＰＴｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ从图８实验波形可以看出三个机群电压都能跟随风速的变化而变化，输出功率可以跟踪风机接收风能最大功率。２）系统串联电流调整实验在风电场稳定运行过程中，因为出现了风能损失而进行系统串联电流调整。机群１的三台风机接收风速分别为：１０ｍ／ｓ、９ｍ／ｓ、８ｍ／ｓ，机群２的三台风机接收的风速分别为：１２ｍ／ｓ、１０ｒｎ／ｓ、１１ｍ／ｓ，机群３的三台风机接收的风速都为：１１ｍ／ｓ；三个机群电压上限为１．０Ｐ．ｕ．。在稳定运行到１Ｓ时，编号３．３风机接收风增大到１２ｍ／ｓ，仿真运行到２Ｓ时系统电流增大，从０．６ｐ．ｕ＿增大到０．７Ｐ＿ｕ．。从图９中可以看出，开始稳定运行后机群３的输出电压已经到了上限值，当风速增大时，机群３的输出功率并没有增加。在这种情况下，系统串联电流进行调整。可以从实验波形看到，当仿真运行到２Ｓ时系统串联电流增大，机群１和机群２的电压下降，但输出功率没有变化，而机群３的电压基本没有变化，输出功率增大。从实验中可以看出增大系统串联电流可以减少由于机群电压达到限制值而造成的风能损失。（ａ１机群３风机接收的风速ｆｂ）各机群输出功率（ｃ）各机群输出电压图ｇ系统串联电流调整实验波形Ｆｉｇ．９Ｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｕｒｒｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ３）低电压穿越实验设风机机群１、２、３的中的风机接收风速分别为１０ｍ／ｓ、１０．５ｍ／ｓ、１１ｍ／ｓ，机群输出电压上限都为１．０Ｐ．ｕ．，风机转速上限为１．１Ｐ．Ｕ．。在１０Ｓ时刻，直流侧的开关断Ｓ１打开２００ｍｓ。从图１０中可以看出当电网发生故障后，直流侧电压会迅速上升，在直流电压没有达到电压限定值时，输出功率保持平稳；当电压到达电压限定值后，输出功率会随着电压上升有一个向上的波动；随着电压上升超电压限制值，所有风机进入电压限制模式，各机群直流电压都被控制在１．０ｐ．ｕ．左右，此时李响，等直流串并联海上风电机组控制策略．５１．输出功率快速下降，直至接近于０点；此时风机输入功率大于输出功率，风机转速加快，可以从转速最快的机群３中风机转速图中看出，由于风机整体惯性，在短时间内没有上升到风机转速限定值，转矩角控制没有启动；当故障消除后风机逐渐恢复正常工作。从此过程可以看出，通过风电场控制和风机自身控制，风电场可以达到低电压穿越的要求。７结论（ａ）风机机群接收的风速＾／ｆｆ（ｂ）机群输出功率……～～一ｉ～一………一一一一｝ｍ９娜～（ｃ）机群输出电压波形广＼＼＼（ｄ）机群３中风机转速图１Ｏ故障实验波形图Ｆｉｇ．１０ＷａｖｅｆｏｒｍｓｏｆＬＶＲＴｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ本文提出应用于海上风电场传输的直流并串联拓扑结构，此结构能够避免集中式变压器和换流器的使用减少海上风电场的建设成本，并且能够较为灵活地控制风机实现最大功率追踪和故障处理。同时本文还提出了基于直流串并联结构风机组协调控制策略。通过软件仿真实验可以看出此拓扑能够稳定运行；协调控制算法可以控制风机实现最大功率跟踪，同时通过对风电机群电压调整和风机自身控制相结合实现了低电压穿越控制。参考文献［１］ＭＯＳＫＡＬＥＮＫ０Ｎ，ＲＵＤＩＯＮＫ，ＯＲＴＨＳＡ．Ｓｔｕｄｙｏｆｗａｋｅｅｆｆｅｃｔｓｆｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｐｌａｎｎｉｎｇ［Ｃ】／／ＭｏｄｅｒｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＰＳ），２０１０ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２０－２２，２０１０：１－７．［２ＪＤＥＮＧＦｕｊｉｎ．ＣＨＥＮＺｈｅ．ＡｎｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｗｉｔｈＤＣｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ［Ｃ】／／ＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｅｒｇｙＳｏｃｉｅｔｙＧｅｎｅｒａｌＭｅｅｔｉｎｇ，２０１ｌＩＥＥＥ，Ｊｕｌｙ２４－２９，—２０１１：１８．［３］尹明，王成山，葛旭波，等．中德风电发展的比较与分析［Ｊ］．电工技术学报，２０１０，２４（９）：１５７．１６２，１８２．ＹＩＮＭｉｎｇ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇｓｈａｎ，ＧＥＸｕｂｏ，ｅｔａ１．ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｗｉｎｄｐｏｗｅｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎＣｈｉｎａａｎｄＧｅｒｍａｎｙ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆ—ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１０，２４（９）：１５７１６２，１８２．［４３ＮＡＮＱｉｎ，ＳＨＩＹｏｕ，ＺＨＡＯＸｕ，ｅｔａ１．ＯｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙＡＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｃ】／／Ｐｏｗｅｒ＆ＥｎｅｒｇｙＳｏｃｉｅｔｙＧｅｎｅｒａｌ’—Ｍｅｅｔｉｎｇ，２００９．ＰＥＳ０９．ＩＥＥＥ，Ｊｕｌｙ２６３０，２００９：１－８．［５］ＥｕｒｏｐｅＷｉｎｄＥｎｅｒｇｙＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ．Ｗｉｎｄｉｎｏｕｒｓａｉｌｓ［Ｒ］．２０１１：１１－３１．［６］文劲宇，陈霞，姚美齐，等．适用于海上风场并网的混合多端直流输电技术研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１３，４１（２）：５５．６１．ＷＥＮＪｉｎｙｕ，ＣＨＥＮＸｉａ，ＹＡＯＭｅｉｑｉ，ｅｔａ１．Ｏｆｆｓｈｏｒｅ—ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｈｙｂｒｉｄｍｕｌｔｉｔｅｒｍｉｎａｌＨＶＤＣｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ—Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０Ｉ３，４Ｉ（２）：５５６Ｉ．［７］ＤＥＮＧＦｕｉｉｎ，ＣＨＥＮＺｈｅ．ＡｎｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｗｉｔｈＤＣｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ［Ｃ】／／ＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｅｒｇｙＳｏｃｉｅｔｙＧｅｎｅｒａｌＭｅｅｔｉｎｇ，２０１ｌＩＥＥＥ，Ｊｕｌｙ２４－２９，２０１１：１．８．［８］刘亚磊，李兴源，曾琦，等．多端多电平柔性直流系统在海上风电场中的应用［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１３，４１（２１）：９－１４．ＬＩＵＹａｌｅｉ，ＬＩＸｉｎｇｙｕａｎ，ＺＥＮＧＱｉ，ｅｔａ１．—ＶＳＣＭＴＤＣｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＭＭＣｆｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１３，４１（２１）：９－１４．１９］ＬＵＷ，ＯＯＩＢＴ．Ｏｐｔｉｍａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆ—ｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｂｙｍｕｌｔｉｔｅｒｍｉｎａｌｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅ．５２．电力系统保护与控制ＨＶＤＣ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，２００３，１８（１）：２０１－２０６．［１０］ＣＨＥＮＺ，ＳＰＯＯＮＥＲＥ．Ｇｒｉｄｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｗｉｔｈｖａｒｉａｂｌｅｓｐｅｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ—ｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００１，１６（２）：１４８１５４．［１１］ＭＥＹＥＲＣ，ＨＯＩＮＧＭ，ＰＥＴＥＲＳＯＮＡ，ｅｔａ１．ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆＤＣｇｒｉｄｓｆｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００７，—４３（６）：１４７５１４８２．［１２］李响，韩民晓．海上风电串联多端ＶＳＣ．ＨＶＤＣ协调控制策略［Ｊ】．电工技术学报，２０１３，２７（５）：４２．４８，５７．ＬＩＸｉａｎｇ．ＨＡＮＭｉｎｘｉａｏ．Ａｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｓｅｒｉｅｓｍｕｌｔｉ・・ｔｅｒｍｉｎａｌＶＳＣ・－ＨＶＤＣｆｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２７（５）：４２－４８，５７．［１３］何大清．基于直流串联的海上风电场及其控制［Ｄ】．上海：上海交通大学，２０１３．ＨＥＤａｑｉｎｇ．Ｓｅｒｉｅｓ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄＤＣｂａｓｅｄｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌ［Ｄ］．Ｓｈａｎｇｈａｉ：ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１３．［１４］ＳＨＡＤＩＣ．ＡＨＭＡＤＲＥＺＡＴ．Ｍａｔｒｉｘｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｐｏｌｏｇｙｆｏｒｄｃｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓｙｓｔｅｍｓｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｓ［Ｃ】／／ＲｅｎｅｗａｂｌｅＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ（ＲＰＧ２０１１），ｌＥＴＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ６－８，２０１１：１－４．［１５］瞿兴鸿．直驱永磁同步风力发电控制系统的研究与设计【Ｄ】．重庆：重庆大学，２００８．—ＱＵＸｉｎｇｈｏｎｇ．Ｓｔｕｄｙａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ—ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ［Ｄ］．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ：ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００８．［１６］陈波，吴政球．双馈感应风力发电机强迫功率振荡的频域分析法【Ｊ］．电力自动化设备，２０１２，４０（１１）：—１５２２．ＣＨＥＮＢｏ．ＷＵＺｈｅｎｇｑｉｕ．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｏｒｃｅｄｐｏｗｅｒｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２０１２，４０（１１）：１５－２２．［１７］李戈，宋新甫，常喜强．直驱永磁风力发电系统低电压穿越改进控制策略研究［Ｊ］．电力系统保护与—控制，２０１１，３９（１２）：７４７８，８３．ＬＩＧｅ，ＳＯＮＧＸｉｎｆｕ，ＣＨＡＮＧＸｉｑｉａｎｇ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙｆｏｒｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ－ｔｈｒｏｕｇｈｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｆｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（１２）：７４７８，８３．［１８］吴杰，孙伟，颜秉超．应用ＳＴＡＴＣＯＭ提高风电场低电压穿越能力［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，—３９（２４）：４７５１，７１．ＷＵＪｉｅ，ＳＵＮＷｅｉ，ＹＡＮＢｉｎｇｃｈａｏ．ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｕｓｉｎｇＳＴＡＴＣＯＭ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ—Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（２４）：４７５１，７１．［１９］蔚兰，陈宇晨，陈国呈，等．双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略的理论分析与实验研究［Ｊ］．—电工技术学报，２０１１，２５（７）：３０３６．ＹＵＬａｎ，ＣＨＥＮＹｕｃｈｅｎ，ＣＨＥＮＧｕｏｃｈｅｎｇ，ｅｔａ１．Ａｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ－ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥ１ｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａ１Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１１，２５（７）：３０－３６．［２０］刘鹏飞，卢勇，莫旭杰，等．并网新标准下的双馈“”风机软穿越能力的实现［Ｊ】．大功率变流技术，—２０１３（３）：５５５７．ＬＩＵＰｅｎｇｆｅｉ，ＬＵＹｏｎｇ，ＭＯＸｕｊｉｅ，ｅｔａ１．Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆ“”ｓｏｆｔ－ｒｉｄｅ－ｔｈｒｏｕｇｈａｂｉｌｉｔｙｕｎｄｅｒｔｈｅｎｅｗｇｒｉｄ・ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ—ｓｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＨｉｇｈＰｏｗｅｒＣｏｎｖｅｒｔｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３（３）：５５－５７．［２１］ＬＩＵＪｉａｎ，ＬＩＡＮＧＨａｉｆｅｎｇ，ＬＩＷｅｉ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｓｇｒｉｄ—ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇＶＳＣＨＶＤＣ［Ｃ】／／ＩｎｎｏｖａｔｉｖｅＳｍａｒｔ—ＧｒｉｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡｓｉａ（ＩＳＧＴＡｓｉａ），２０１２ＩＥＥＥ，Ｍａｙ２１－２４，２０１２：１－６．［２２］ＰＥＲＤＡＮＡＡ．Ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ［Ｄ］．Ｇｏｔｅｂｏｒｇ，Ｓｗｅｄｅｎ：ＣｈａｌｍｅｒｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８：１３７．１６３．［２３］ＬＵＷｅｉｘｉｎｇ．Ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ－ｔｅｒｍｉｎａｌ—ＨＶＤＣｂａｓｅｄｏｎｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ｄ］．Ｍｏｎｔｅｒｅａｌ：—ＭｉｇｉｌｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００３：４２４６．［２４］ＭＡＸＬ．ＥｎｅｒｇｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｆｏｒＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｉｎＤＣ－ｂａｓｅｄｗｉｎｄｆａｒｍｓ［Ｄ］．Ｇｏｔｅｂｏｒｇ，Ｓｗｅｄｅｎ：ＣｈａｌｍｅｒｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７．［２５］Ｒ０ＢＩＮＳＯＮＪ，ＪＯＶＩＣＤ，ＪＯＯＳＧ，ｅｔａ１．ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｕｓｉｎｇａＭＶＤＣｇｒｉｄ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，２０１１，２５（４）：２１６４．２１７３．—［２６］ＶＥＩＬＬＥＵＸ，ＥＴＩＥＮＮＥ．ＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｕｓｉｎｇａｓｅｒｉｅｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄＤＣｇｒｉｄ［Ｄ］．Ｔｏｒｏｎｔｏ：ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｏｒｏｎｔｏ，２００９．收稿日期：２０１４－０４－２４；—修回日期：２０１４－０５２６作者简介：李响（１９７９－），男，博士，研究方向为风力发电系统—及其并网控制；Ｅｍａｉｌ：ｘｉａｎｇ．１ｅｅ．ｃ＠ｇｒｎａｉｉ．ｃｏｒｎ韩民晓（１９６３－），男，教授，博士生导师，研究方向为电力电子技术在电力系统中的应用。