摘 要

近年来，鉴于能源短缺问题、环境问题以及国家经济发展需求等，可再生能源的利用和发展显得尤为关键。风能作为重要的可再生能源，也是目前电力能源事业发展的主要方向之一。风力发电主要可以分为陆上风电和海上风电，虽然陆上风电发展的较多，但是海上风电也有着自己的优势，能源利用率高、风速快、产能高等等。土地资源问题日趋严重，海上风电事业迫在眉睫^[1]。

基于柔性直流输电系统（VSC-HVDC）经常被使用在海上风电厂中的远距离传输中，随着海上风电成为能源事业的焦点之一，该技术的使用与发展也备受关注。这类输电系统的核心为大功率的变流技术，同时整个系统基于电压源换相换流器（VSC）,因此可控性极高和性能较为稳定。上述性能也决定着这样的系统适合使用在海上风电网、城区供电和孤岛供电系统中^[2]。针对海上风电场并网VSC-HVDC系统中，运用较多的逆变器产品一般采用两电平和三电平技术，其中三电平技术中以二极管箝位式三电平结构应用为多。

本文首先针对海上风电柔性直流输电做出分析，并论述三电平逆变器的主要特点，分析二极管箝位式三电平逆变器的控制策略，同时针对控制方式提出一种新型的SVPWM调制方法，最后使用MATLAB/Simulink软件平台搭建了逆变仿真模型，并且验证并网三电平逆变器的功能。

关键词：海上风电；柔性直流输电系统；三电平；SVPWM；仿真

Abstract

In recent years, in view of energy shortages, environmental problems and national economic development needs, renewable energy use and development is particularly critical. Wind energy as an important renewable energy, but also the development of the current energy and energy industry, one of the main direction. Wind power can be divided into onshore wind power and offshore wind power, although the development of wind power on land more, but offshore wind power also has its own advantages, high energy efficiency, wind speed, high capacity and so on. Land resources problems become increasingly serious, offshore wind power industry is imminent.

Based on the fact that the flexible DC transmission system (VSC-HVDC) is often used in long distance transmission in offshore wind farms, the use and development of this technology is also of concern as offshore wind power becomes one of the focuses of the energy industry. The core of this type of transmission system is the high-power converter technology, and the whole system is based on voltage source commutation converter (VSC), so the control ability is very high and the performance is stable. The above performance also determines that such a system is suitable for use in offshore wind power networks, urban power supply and island power supply systems. For the offshore wind farm VSC-HVDC system, the use of more inverter products generally use two-level and three-level technology, including three-level technology to diode-clamped three-level structure applications for more.

This thesis first analyzes the main characteristics of the three-level inverter, analyzes the control strategy of the diode-clamped three-level inverter, and proposes a new SVPWM modulation for the control mode. Method, finally use MATLAB / Simulink software platform to build the variable model, and verify the function of grid-connected three-level inverter.

Key word: Offshore wind power；flexible HVDC system； three – level；SVPWM；simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究目的和意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国内研究现状分析 2

1.2.2国外研究现状分析 2

1.3研究的基本内容 3

1.4本章小结 4

第2章 海上风电柔性直流输电方案 5

2.1海上风电传输并网方案比较 5

2.1.1工频交流输电并网 5

2.1.2柔性直流输电并网 6

2.2风力发电机柔性直流输电并网方案 6

2.3本章小结 7

第3章 网侧逆变器控制策略 8

3.1网侧逆变器拓扑结构 8

3.2网侧逆变器数学模型 9

3.2.1三种坐标系之间的坐标变换 9

3.2.2各坐标系下的三电平逆变器的数学模型 13

3.3基于电网电压定向的矢量控制策略 15

3.4本章小结 17

第4章 SVPWM调制策略 18

4.1SVPWM原理 18

4.2三电平SVPWM的实现思路 19

4.2.1区域判断 20

4.2.2开关矢量作用时间计算 23

4.2.3空间电压矢量作用顺序确定 24

4.3本章小结 26

第5章 仿真模型的搭建与结果分析 27

5.1仿真模型的搭建 27

5.2结果分析 34

5.3本章小结 36

第6章 总结与展望 37

6.1全文总结 37

6.2展望 38

致谢 39

参考文献 40

第1章 绪论

1.1研究目的和意义

随着工业规模的不断扩大和科学技术的飞速发展，环境恶化和能源短缺两大全球性的自然问题不得不引起人们的重视。为了造福我们的子孙后代，为了保护我们身边的环境，我们现在更重要的任务就是寻找更清洁的绿色能源来代替燃料燃烧。将自然界中的水、风、太阳能、潮汐能等，通过特殊的电气设备（风机、光伏电池等），转换成绿色无污染的电力能源，这种方法可以将自然界中的绿色能源最大化地转换成人类所需的能源。此方法最大的优点就是获取资源不会或者很少会产生污染，所以被称绿色能源。而风能凭借其取之不尽、用之不竭，无污染的优点成为绿色能源开发利用的首选。

我国是人口大国，资源相对匮乏。如果我国想要实现全面建设小康社会，就不得不把重视环境问题放在首位，而且在此基础上必须协调好环保、发展和能源的关系。为了能够建立起合理的能源结构，就必须把重点放在发展包括风能的绿色能源上，所以风力发电技术的研究近年来已经成为新能源技术领域的一个热点问题，且已经引起了广大学者的重视和研究。风力发电是一种对清洁能源有效利用的方式，不仅因为海上风力资源丰富，而且海风不会受到地域位置等使用条件的束缚。随着风力发电技术的不断前进，海上风力发电已逐渐为风力发电开拓出新的领域，海上风电的优点也在逐渐地展现出来。