大型海上风电场并网柔性直流输电变流器关键技术研究

The proposed project is focus on research on key technologies of VSC-HVDC converter for offshore wind farm grid integration,which are related with multi-level converter (MMC) topology and its control technology, control technology of VSC-HVDC system converter, and the modeling method for VSC-HVDC system,etc.The improved modular multi-level converter (MMC) topology will be designed, specifically to strengthen the processing capacity of DC fault.The generic space vector modulation method will be adopted,which transforms redundant vector selection problem into the performance function optimization to improve output waveform quality and reducing switching losses.Based on the characteristics including volatility of wind farm output, nonlinearity of VSC-HVDC system and parameter perturbation, the neural network sliding mode controller is proposed to improve robustness and fault ride-through capability of VSC-HVDC converter control system. Neural network can optimize sliding mode controller parameters in real-time.The modeling method for the whole system, including offshore wind farm, VSC-HVDC, and transmission lines etc. is proposed. The coupling character of the multiple components is described by state-space equations based on transfer function matrix, and the classical control theory and multivariate feedback control can be combined for control system designing. At the end, experimental validation will be carried out based on the VSC-HVDC test platform, for testing correctness of the proposed VSC-HVDC converter topologies, modulation method, control strategy and Mathematical model.

研究大型海上风电场并网柔性直流输电变流器关键技术，涉及多电平变流器拓扑结构及其控制技术，VSC-HVDC系统变流器控制技术，海上风电场并网VSC-HVDC系统建模技术等。通过改进模块化多电平变流器MMC拓扑结构，提高其直流故障处理能力；采用多电平通用空间矢量调制方法，通过将矢量选择和电容均压问题转化为性能指标函数设计和寻优求解，来优化变流器输出波形质量和降低开关损耗。针对海上风电场出力的波动性、VSC-HVDC系统非线性和参数摄动等，提出采用神经网络滑模控制器,通过在线优化滑模控制器参数，提高VSC-HVDC变流器控制系统鲁棒性和故障穿越能力。研究包含海上风电场、VSC-HVDC、输电线路等多个元件在内的全系统建模方法，利用基于传递函数矩阵的状态方程描述系统中多个元件的耦合关系，使经典控制理论与多变量反馈控制能够有机结合，应用于系统设计。最后，再利用VSC-HVDC实验平台进行实验验证等。

海上风电规模不断扩大、场址距离陆地主电网越来越远，采用柔性直流输电技术（VSC-HVDC）利于提高电网供电可靠性、减小输电线路损耗、增加输电线路的输电容量，为海上风电等大规模接入提供保障。基于VSC-HVDC连接海上风电场，对海上风电柔性直流输电变流器MMC提出了更高的要求，必须考虑风电功率的波动性和随机性，同时，提高电网对大型海上风电场的接纳能力及其故障穿越能力。因此，迫切需要研究MMC拓扑结构、调制及均压控制技术，VSC-HVDC系统变流器控制技术，海上风电场并网VSC-HVDC全系统建模和控制器设计与参数优化方法等。.项目围绕MMC拓扑结构及其控制技术、VSC-HVDC系统变流器控制技术和海上风电场并网VSC-HVDC系统建模技术等开展深入研究，分析和提出了不平衡电压下MMC控制策略,基于逆向预测以及计及误差反馈的虚拟MMC预测控制策略,VSC-MTDC的改进下垂控制策略，计及不平衡功率最优分配的直流电压斜率控制策略,混合直流输电系统功率同步控制方法，基于VSC-MTDC的平均值建模与控制方法和基于P-DPC的多端直流输电控制策略等。取得的创新性成果已发表期刊论文13篇，其中，SCI I区论文3篇、EI论文9篇，发表会议论文5篇；获得授权发明专利5项；获得中国石油和化工自动化行业科学技术进步奖一等奖、上海市技术发明奖二等奖各1项。培养博士1名、在读博士生2名、硕士6名、在读硕士生1名。.项目解决了海上风电柔性直流输电变流器及系统协调控制等关键技术，成果可推广应用于海上风电场等可再生能源并网和集送出、区域电网互联、城市中心负荷电力输送等场合，实现多电源输入和多落点供电，为解决我国区域性可再生能源并网和消纳问题，并推动我国柔性直流输电与电力系统接入技术进步和跨越式发展奠定了理论基础，对提升我国可再生能源发电并网及规模化利用的能力起到了支撑作用，具有学术意义和重要的实用价值。