风电场DC-DC变换器、黑启动方法及控制系统

本发明属于电力电子，尤其涉及一种风电场dc-dc变换器、黑启动方法及控制系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、黑启动，是指整个系统因故障停运后，系统全部停电(不排除孤立小电网仍维持运行)，处于全“黑”状态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。风电发电容量的快速增长与柔性直流输电的发展要求海上风机提供稳定、高效的功率变换，在风电场启动时，由于风电场不带电，无法自启动，需要换流站为其提供启动功率，此时需要dc-dc变换器反向运行以传输功率。

3、现有的风电场多采用谐振型dc-dc变换器，而一般谐振型变换器不具有反向功率传输功能，现有方法常常采用谐振型dab等拓扑。谐振型dab等拓扑二次侧采用全控型器件，其成本较高，而黑启动过程中所需功率小，换流站侧电压高，故难以实现开关管的高利用率。为了解决谐振型dab等拓扑二次侧采用全控型器件的问题，公开号为cn 116260337 a提供了一种风电场直流变压器及黑启动方法，其中，直流变压器包括正向功率电路及与正向功率电路连接的反向功率电路，正向功率电路用于将风电场产生的直流电进行升压后传输至陆上换流站；反向功率电路用于将陆上换流站提供的反向电能传递至正向功率电路，以提供启动电能给风电场。该文献采用了正向和反向功率电路这两个两路分别进行正向及反向电能传递，这样导致风电场dc-dc变换器的整体拓扑结构复杂，而且还需要采用两套控制策略来分别控制正向功率电路和反向功率电路，控制过程繁琐。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的整体拓扑结构复杂及控制过程繁琐的技术问题，本发明提供一种风电场dc-dc变换器、黑启动方法及控制系统，其通过优化现有的风电场dc-dc变换器及黑启动策略，可实现更有效且低成本的黑启动。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种风电场dc-dc变换器。

4、一种风电场dc-dc变换器，其包括：

5、全控型dc-ac变换器、谐振网络、变压器和整流电路；

6、所述全控型dc-ac变换器的每个功率开关管均含有寄生的反并联二极管；所述全控型dc-ac变换器的一端连接直流输入源，另一端与所述谐振网络连接；

7、所述谐振网络连接在所述变压器的一次侧，所述整流电路连接在所述变压器的二次侧；

8、所述整流电路中的每个功率开关管与对应的二极管反并联，以实现功率反向流动。

9、作为一种实施方式，所述谐振网络为串联lc谐振电路。

10、作为一种实施方式，所述变压器为单绕组或多绕组隔离变压器。

11、作为一种实施方式，所述全控型dc-ac变换器为两电平dc-ac变换器或三电平dc-ac变换器。

12、作为一种实施方式，所述整流电路为多个功率开关管串联的整流电路。

13、本发明的第二个方面提供一种风电场dc-dc变换器的黑启动方法。

14、一种风电场dc-dc变换器的黑启动方法，包括：

15、检测风电场dc-dc变换器的低压直流端输入电压与输入电流，所述低压直流端为所述全控型dc-ac变换器连接直流输入源的一端；

16、比较低压直流端输入电流与预设最大输入电流，判断是否启用一次侧功率开关管进行控制；其中，所述一次侧功率开关管为全控型dc-ac变换器中的功率开关管；

17、当不需要一次侧功率开关管进行控制时：将输入参考电压与风电场dc-dc变换器的低压直流端输入电压两者作差并送入第一电压控制器，由第一电压控制器处理后得到第一单位化控制量，进而控制门控信号的脉冲间隔周期，按顺序间隔产生相应触发脉冲并作用于整流电路的功率开关管；

18、当需要一次侧功率开关管进行控制时：

19、将输入参考电压与风电场dc-dc变换器的低压直流端输入电压两者作差并送入第一电压控制器，由第一电压控制器处理后得到第一单位化控制量，进而控制门控信号的脉冲间隔周期，按顺序间隔产生相应触发脉冲并作用于整流电路的功率开关管；

20、将输入参考电流与风电场dc-dc变换器的低压直流端输入电流两者作差并送入第二电压控制器，由第二电压控制器处理后得到第二单位化控制量；由第二电压控制器利用第一单位化控制量控制一次侧功率开关管的频率，及利用第二单位化控制量调节全控型dc-ac变换器的预设功率开关管组内的移相角度，以使得一次侧功率开关管的控制信号按给定的顺序间隔与规定移相角度产生相应触发脉冲；其中，所述低压直流端输入电流为全控型dc-ac变换器连接直流输入源的电流。

21、作为一种实施方式，当低压直流端输入电流小于预设最大输入电流时，不需要一次侧功率开关管进行控制。

22、作为一种实施方式，当低压直流端输入电流大于或等于预设最大输入电流时，需要一次侧功率开关管进行控制。

23、本发明的第三个方面提供了一种风电场dc-dc变换器的黑启动控制系统。

24、一种风电场dc-dc变换器的黑启动控制系统，包括：

25、信号检测模块、信号比较模块、第一电压控制器和第二电压控制器；

26、所述信号检测模块和信号比较模块均与第一电压控制器和第二电压控制均相连；

27、所述信号检测模块用于检测风电场dc-dc变换器的低压直流端输入电压与低压直流端输入电流；其中，所述低压直流端为所述全控型dc-ac变换器连接直流输入源的一端；所述低压直流端输入电流为全控型dc-ac变换器连接直流输入源的电流；

28、所述信号比较模块用于比较低压直流端输入电流与预设最大输入电流，判断是否启用一次侧功率开关管进行控制；当不需要一次侧功率开关管进行控制时，将输入参考电压与风电场dc-dc变换器的低压直流端输入电压两者作差并送入第一电压控制器；当需要一次侧功率开关管进行控制时，将输入参考电压与风电场dc-dc变换器的低压直流端输入电压两者作差并送入第一电压控制器，以及将输入参考电流与风电场dc-dc变换器的低压直流端输入电流两者作差并送入第二电压控制器；其中，所述一次侧功率开关管为全控型dc-ac变换器中的功率开关管；

29、所述第一电压控制器用于处理输入参考电压与风电场dc-dc变换器的低压直流端输入电压两者的差之后得，到第一单位化控制量，进而控制门控信号的脉冲间隔周期，按顺序间隔产生相应触发脉冲并作用于整流电路的功率开关管；

30、所述第二电压控制器用于利用第一单位化控制量控制一次侧功率开关管的频率，及利用第二单位化控制量调节全控型dc-ac变换器的预设功率开关管组内的移相角度，以使得一次侧功率开关管的控制信号按给定的顺序间隔与规定移相角度产生相应触发脉冲。

31、作为一种实施方式，当低压直流端输入电流小于预设最大输入电流时，不需要一次侧功率开关管进行控制；

32、当低压直流端输入电流大于或等于预设最大输入电流时，需要一次侧功率开关管进行控制。

33、本发明的有益效果是：

34、(1)本发明的风电场dc-dc变换器由依次串联连接的全控型dc-ac变换器、谐振网络、变压器和整流电路构成，而且全控型dc-ac变换器的每个功率开关管均含有寄生的反并联二极管，在整流电路中的每个功率开关管与对应的二极管反并联，解决了整体拓扑结构复杂及控制过程繁琐的问题，实现了更有效且低成本的黑启动。

35、(2)本发明的风电场dc-dc变换器在黑启动过程中，通过比较低压直流端输入电流与预设最大输入电流，进而根据比较结果来判断是否启用一次侧功率开关管进行控制，实现了启动时降低晶闸管的开关频率，以及根据电流控制需要，使一次侧功率开关管参与控制功率，控制输入电压稳定在一个较低的水平，且避免了过流，以提高黑启动的安全性。

36、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。