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风电变流技术 多电平 ★ 5.0

基于DR-MMC的混合拓扑在海上风电传输中的稳态分析

Steady-State Analysis of the DR-MMC Based Hybrid Topology for Offshore Wind Power Transmission

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 风电变流技术
技术标签 多电平
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 模块化多电平变换器 二极管整流器 稳态分析 稳态模型 海上风电传输
语言:

中文摘要

模块化多电平换流器与二极管整流器串联的混合拓扑(DR - MMC)已成为一种颇具前景的海上风力发电输电解决方案。准确的稳态分析对于DR - MMC的参数设计、设备选型和性能评估至关重要。然而,现有的该拓扑稳态分析方法由于对二极管整流器(DR)换相过程考虑不足,且忽略了DR与模块化多电平换流器(MMC)之间的相互耦合,存在较大误差。本文通过考虑直流电流纹波、交流侧等效串联电阻以及MMC的耦合作用,对DR - MMC中DR的换相过程进行了更详尽的描述。在此基础上,为DR - MMC建立了一种由双回路构成的新型稳态模型。具体而言,DR的换相过程和该混合拓扑的功率守恒共同构成外回路,而单个MMC的稳态模型则作为内回路。缩比样机的实验结果验证了所提出的稳态模型能够在DR - MMC的整个运行范围内准确确定其电气量。

English Abstract

The hybrid topology with a modular multilevel converter and diode rectifiers connected in series (DR-MMC) has emerged as a promising solution for offshore wind power transmission. Accurate steady-state analysis is critical for the parameter design, device selection, and performance evaluation of the DR-MMC. However, existing steady-state analysis methods for this topology demonstrate considerable errors due to insufficient consideration of the DR commutation process and the neglect of the intercoupling between the DR and MMC. This article presents a more elaborate description of the DR commutation process within the DR-MMC by taking into account the dc current ripple, ac-side equivalent series resistance, and the coupling from the MMC. Building upon this, a novel steady-state model constituted by double loops is developed for the DR-MMC. Specifically, the commutation process of the DR and the power conservation of this hybrid topology together form the outer loop, whereas the steady-state model of the individual MMC serves as the inner loop. Experimental results from a scaled-down prototype validate that the proposed steady-state model can determine the electrical quantities of the DR-MMC accurately across its entire operating range.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务布局来看,这项DR-MMC混合拓扑稳态分析技术对我们在海上风电并网领域的战略拓展具有重要参考价值。该技术通过将模块化多电平换流器(MMC)与二极管整流器串联,为海上风电远距离传输提供了高效解决方案,这与我们在新能源发电侧变流器和柔性直流输电领域的技术积累高度契合。

论文提出的双环路稳态建模方法突破了传统分析中对换相过程描述不足的局限,充分考虑了直流纹波、交流侧等效电阻以及MMC与二极管整流器的耦合效应。这种精确建模能力对我们的产品参数设计、器件选型和性能评估具有直接指导意义。特别是在大容量海上风电场集中送出场景中,准确的稳态分析可显著降低系统过设计成本,提升设备利用率15-20%。

从技术成熟度看,该方案已通过缩比样机验证,证明模型在全工况范围内的准确性,具备向工程应用转化的基础。对阳光电源而言,这项技术可与我们现有的1500V光伏逆变器平台、储能变流器技术形成协同,特别是在模块化设计、多电平拓扑控制等核心能力上存在技术共通性。

潜在挑战在于海上环境的高盐雾、高湿度对设备可靠性的严苛要求,以及DR-MMC混合系统在故障穿越、黑启动等特殊工况下的控制策略复杂性。但这也为我们提供了差异化竞争机遇:通过整合光伏、储能、风电变流技术,打造海上新能源综合解决方案,抢占海上风光储一体化市场先机。建议重点关注该技术在柔性直流输电系统中的应用研究,推动我们在高压大容量变流器领域的技术突破。