本发明涉及海上风电，尤其涉及一种海上风电直流送出系统及其控制方法。
背景技术：
1、目前，海上风电作为清洁能源的重要领域已得到广泛研究。海上风电场正呈现机组大型化，区域由近海浅水区向近海深水区及远海发展趋势，由于输送的距离长，送出容量大，随着离岸距离的不断增加，其汇集和输送系统越来越成为海上风电的开发利用的关键环节。因此，如何提供控制效果更好的海上风电送出系统是目前业界亟待解决的重要课题。
技术实现思路
1、本发明提供一种海上风电直流送出系统及其控制方法，用以解决如何提供控制效果更好的海上风电送出系统的问题。
2、本发明提供一种海上风电直流送出系统，包括：整流器、逆变器、逆变器控制器；其中，所述整流器设置在海上换电站中，所述逆变器和所述逆变器控制器设置在所述陆上换电站中；
3、所述整流器的输入端与所述海上风电场的输出端相连，所述整流器的输出端与所述逆变器的输入端连接，所述逆变器的控制端与所述逆变器控制器连接，所述逆变器的输出端与所述陆上交流系统连接；
4、所述整流器用于将所述海上风电场输出的交流电转换为直流电，并将所述直流电传输至所述逆变器；
5、所述逆变器用于将所述直流电转换为交流电，并将所述交流电输出至陆上交流系统；
6、所述逆变器控制器，用于通过调节所述逆变器的输出端基波相电压的有效值以及基波电压与所述陆上交流系统的等效电势之间的相位差，控制所述逆变器的无功功率达到第一参考功率以及控制所述逆变器的有功功率达到第二参考功率
7、在一种可能实现的方式中，所述逆变器控制器包括：第一控制模块和第二控制模块；
8、所述第一控制模块包括第一除法器、第二除法器、第一乘法器、第二乘法器、第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第五加法器、第六加法器、第一pi控制器、第二pi控制器、第三pi控制器、第四pi控制器和第一变换单元；
9、所述第一除法器用于将所述直流电提供的直流电压的实际值与电压基准值进行除法运算，得到第一标幺值；
10、所述第一加法器用于计算1与第一标幺值的差值，得到第一计算结果并提供给第一pi控制器；
11、所述第一pi控制器用于根据所述第一计算结果生成第一调节量并提供给所述第二加法器；
12、所述第二加法器用于计算所述第一调节量与所述逆变器的d轴电流标幺值的差值，得到第二计算结果并提供给所述第二pi控制器；
13、所述第二pi控制器用于根据所述第二计算结果生成第二调节量并提供给所述第三加法器；
14、所述第一乘法器用于将输入的第一系数和所述逆变器的q轴电流标幺值进行乘法运算，得到第一乘积并提供给所述第三加法器；
15、所述第三加法器用于计算所述第一乘积和所述逆变器的d轴电压标幺值之和与所述第二调节量的差值，得到第三计算结果并提供给所述第一变换单元；
16、所述第二除法器用于将输入的所述逆变器的有功功率与所述逆变器的基准容量进行除法运算，得到第二标幺值；
17、所述第四加法器用于计算0与所述第二标幺值的差值，得到第四计算结果并提供给第三pi控制器；
18、所述第三pi控制器用于根据所述第四计算结果生成第三调节量并提供给所述第五加法器；
19、所述第五加法器用于计算所述第三调节量与所述逆变器的q轴电流标幺值之和的相反数，得到第五计算结果并提供给所述第四pi控制器；
20、所述第四pi控制器用于根据所述第五计算结果生成第四调节量并提供给所述第六加法器；
21、所述第二乘法器用于将输入的第二系数和所述逆变器的d轴电流标幺值进行乘法运算，得到第二乘积并提供给所述第六加法器；
22、所述第六加法器用于将所述逆变器的q轴电压标幺值减去所述第二乘积以及所述第四调节量，得到第六计算结果并提供给所述第一变换单元；
23、所述第一变换单元用于根据所述逆变器的三相电压的相角，对所述第六计算结果和所述第三计算结果进行park逆变换得到所述逆变器的桥臂的三相参考电压；
24、所述第二控制模块用于根据所述逆变器的桥臂的三相参考电压，生成所述逆变器中每个桥臂的控制信号，以调节所述逆变器的输出端基波相电压的有效值以及所述相位差。
25、本发明提供的一种海上风电直流送出系统，还包括：整流器控制模块；所述整流器控制模块包括：第三控制模块和第四控制模块；
26、所述第三控制模块包括第三除法器、第三乘法器、第四乘法器、第七加法器、第八加法器、第九加法器、第十加法器、第十一加法器、第十二加法器、第五pi控制器、第六pi控制器、第七pi控制器、第八pi控制器和第二变换单元；
27、所述第七加法器用于计算1与所述整流器的d轴电压标幺值的差值，得到第七计算结果并提供给第五pi控制器；
28、所述第五pi控制器用于根据所述第七计算结果生成第五调节量并提供给所述第八加法器；
29、所述第八加法器用于计算所述第五调节量与所述整流器的d轴电流标幺值之和的相反数，得到第八计算结果并提供给所述第六pi控制器；
30、所述第六pi控制器用于根据所述第八计算结果生成第六调节量并提供给所述第九加法器；
31、所述第三乘法器用于将输入的第三系数和所述整流器的q轴电流标幺值进行乘法运算，得到第三乘积并提供给所述第九加法器；
32、所述第九加法器用于计算所述第三乘积和所述整流器的d轴电压标幺值之和与所述第六调节量的差值，得到第九计算结果并提供给所述第二变换单元；
33、所述第三除法器用于将输入的所述整流器的电压频率与所述整流器的电压基准频率进行除法运算，得到第二标幺值；
34、所述第十加法器用于计算0与所述第二标幺值的差值，得到第十计算结果并提供给第七pi控制器；
35、所述第七pi控制器用于根据所述第十计算结果生成第七调节量并提供给所述第十一加法器；
36、所述第十一加法器用于计算所述第七调节量与所述整流器的q轴电流标幺值之和的相反数，得到第十一计算结果并提供给所述第八pi控制器；
37、所述第八pi控制器用于根据所述第十一计算结果生成第八调节量并提供给所述第十二加法器；
38、所述第四乘法器用于将输入的第四系数和所述整流器的d轴电流标幺值进行乘法运算，得到第四乘积并提供给所述第十二加法器；
39、所述第十二加法器用于将所述整流器的q轴电压标幺值减去所述第四乘积以及所述第八调节量，得到第十二计算结果并提供给所述第二变换单元；
40、所述第二变换单元用于根据所述整流器的三相电压的相角，对所述第十二计算结果和所述第九计算结果进行park逆变换得到所述整流器的桥臂的三相参考电压；
41、所述第四控制模块用于根据所述整流器的桥臂的三相参考电压，生成所述整流器中每个桥臂的控制信号，以维持所述海上风电场输出的交流电为额度电压和额度频率。
42、本发明提供的一种海上风电直流送出系统，所述海上风电直流送出系统是通过所述海上风电直流送出系统的仿真模块仿真后得到的；
43、所述仿真模块中包括所述第三控制模块对应的第一仿真单元和所述第四控制模块对应的第二仿真单元，还包括第三仿真单元、第四仿真单元、第一开关单元、第二开关单元和开关控制单元；
44、所述第三仿真单元包括第四除法器、第十三加法器、第九pi控制器和第十四加法器；所述第四除法器用于将输入的仿真电源的有功功率与有功功率参考值进行除法运算，得到第三标幺值；所述第十三加法器用于计算1与所述第三标幺值的差值，得到第十三计算结果并提供给所述第九pi控制器；所述第九pi控制器用于根据所述第十三计算结果生成第九调节量并提供给所述第十四加法器；所述第十四加法器用于计算所述第九调节量与整流器的d轴电流标幺值的差值，得到第十四计算结果；
45、所述第四仿真单元包括第五除法器、第十五加法器和第十pi控制器；所述第五除法器用于将输入的仿真电源的无功功率与整流器的基准容量进行除法运算，得到第四标幺值；所述第十五加法器用于计算0与所述第四标幺值的差值，得到第十五计算结果并提供给所述第十pi控制器；所述第十pi控制器用于根据所述第十五计算结果生成第十调节量；
46、所述开关控制单元用于在风电机组未启动时，控制所述第一开关单元接通所述第十四加法器与所述第六pi控制器并控制所述第二开关单元接通所述第十pi控制器与所述第十一加法器；在风电机组启动时，控制所述第一开关单元接通所述第八加法器与所述第六pi控制器并控制所述第二开关单元接通所述第七pi控制器与所述第十一加法器。
47、本发明提供的一种海上风电直流送出系统，所述海上风电场包括风力机组，风电机组包括风力机、永磁同步发电机、网侧变频器和机侧变频器；所述海上风电直流送出系统还包括风电机组控制模块；
48、所述风电机组控制模块用于利用风电机组模型控制所述海上风电场输出交流电；所述风电机组模型包括风力机模型、传动系统模型、机侧变频器控制模型和网侧变频器控制模型；
49、所述风力机模型包括所述风力机的叶片从风能中获取的机械功率与所述风力机的转子半径、风速、桨距角、叶尖速比和风能利用系数的关系，所述风能利用系数与所述叶尖速比和所述桨距角相关，所述叶尖速比与所述转子半径、所述风速和所述风力机的转子的机械角速度相关；
50、所述传动系统模型包括所述机械角速度与所述永磁同步发电机的电磁转矩、所述风力机的机械转矩、风电机组的等效转动惯量、转动粘滞系数和永磁同步发电机转子的机械转速的关系，所述永磁同步发电机的电磁转矩与定子q轴电流相关；
51、所述机侧变频器控制模型用于在所述机械角速度对应的风力机转速未达到额定值时，通过所述定子q轴电流调节所述永磁同步发电机转子的机械转速来控制所述叶尖速比为最优值，以进行所述风力机的最大功率跟踪控制；在所述风力机转速达到所述额定值时，控制所述风力机转速保持所述额定值；在所述风速大于额定风速时，通过所述定子q轴电流调节所述永磁同步发电机转子的机械转速为额定转速，并通过控制所述桨距角维持所述机械功率为额定机械功率；
52、所述网侧变频器控制模型用于在风电机组正常运行的状态下，控制所述网侧变频器保持直流侧电压稳定并确定所述网侧变频器输出的有功电流的参考值；在风电机组出现故障时，控制所述直流侧电压稳定并优先控制所述网侧变频器输出无功电流以支撑电网侧电压，再确定所述网侧变频器输出的有功电流的参考值；在所述故障消除后，控制所述网侧变频器输出的有功电流按照指定斜率恢复至正常值。
53、本发明提供的一种海上风电直流送出系统，所述永磁同步发电机的电磁转矩的表达式是通过如下方式获得的：
54、基于同步旋转坐标系下定子电压方程，采用基于转子磁链定向的矢量控制技术，将同步旋转坐标系d轴定位于转子永磁体的磁链方向，得到定子d轴和q轴的磁链方程；
55、基于所述永磁同步发电机的电磁转矩方程以及定子d轴和q轴的磁链方程，得到所述永磁同步发电机的电磁转矩的表达式：
56、te＝1.5np[(ld-lq)isqisd+isqψ0]
57、其中，te为所述永磁同步发电机的电磁转矩，ld为所述永磁同步发电机定子d轴电感，lq为所述永磁同步发电机定子q轴电感，ψ0为永磁体磁链，np为所述永磁同步发电机的极对数，isq为所述永磁同步发电机定子q轴电流，isd为所述永磁同步发电机定子d轴电流；
58、当ld＝lq时，te＝1.5npisqψ0。
59、本发明提供的一种海上风电直流送出系统，所述海上风电场输出的交流电为66kv。
60、本发明提供的一种海上风电直流送出系统，所述海上风电场采用的风机机组的容量为10mw。
61、本发明还提供一种基于如上述任一种所述的海上风电直流送出系统的控制方法，包括：
62、通过调节逆变器的输出端基波相电压的有效值以及基波电压与陆上交流系统的等效电势之间的相位差，控制所述逆变器的无功功率达到第一参考功率以及控制所述逆变器的有功功率达到第二参考功率。
63、根据本发明提供的一种海上风电直流送出系统的控制方法，还包括：
64、在风电机组正常运行的状态下，控制网侧变频器保持直流侧电压稳定并确定所述网侧变频器输出的有功电流的参考值；
65、在风电机组出现故障时，控制所述直流侧电压稳定并优先控制所述网侧变频器输出无功电流以支撑电网侧电压，再确定所述网侧变频器输出的有功电流的参考值；
66、在所述故障消除后，控制所述网侧变频器输出的有功电流按照指定斜率恢复至正常值。
67、本发明提供的海上风电直流送出系统，无需安装电容器、电抗器等无功补偿装置，节省了建设成本，且无需人为控制，对交流电网侧的无功需求响应更快。
1.一种海上风电整流系统，其特征在于，包括：整流器、逆变器、逆变器控制器；其中，所述整流器设置在海上换电站中，所述逆变器和所述逆变器控制器设置在所述陆上换电站中；
2.根据权利要求1所述的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述逆变器控制器，包括：
3.根据权利要求1所述的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述系统还包括：整流器控制模块，所述整流器控制模块与所述整流器连接；
4.根据权利要求3所述的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述海上风电直流送出系统还包括：仿真模块；
5.根据权利要求1所述的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述海上风电场包括风力机组，风电机组包括风力机、永磁同步发电机、网侧变频器和机侧变频器；所述海上风电直流送出系统还包括风电机组控制模块；
6.根据权利要求5所述的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述永磁同步发电机的电磁转矩的表达式是通过如下方式获得的：
7.根据权利要求1至6中任一项所述的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述海上风电场输出的交流电为66kv。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的海上风电直流送出系统，其特征在于，所述海上风电场采用的风机机组的容量为10mw。
9.一种基于如权利要求1至8中任一项所述的海上风电直流送出系统的控制方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
