哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
目前，海上风电已成为全球新能源领域的重要发展方向，具有风能资源
丰富、风速高、稳定性好等优势。同时，海上风电的发展也将面临着一些挑
战，比如高昂的投资成本、复杂的环境条件、建设和运维难度等问题，需要
在政策、技术等方面积极应对。全直流海上风场方案具有传输损耗低、控制
灵活、稳定性好、适用范围广等优势，是未来解决海上风电发展挑战的有效
途径。其中，高压大容量DC/DC变换器为陆上电网与海上风场间能量传递的
核心设备。同时国家海洋局对单个风场的容量面积加以约束，对多个海上风
场的能量进行集中汇集。因此，需要一种能够对多个海上风场能量进行集中
汇集的高压大容量DC/DC变换器来解决该问题。
首先，针对两个海上风场集中汇集的应用场景，本文提出了一种三端口
高压大容量DC/DC变换器，可用于连接两个功率容量或电压等级不同的海
上风场。在此基础上，设计多相梯形波电流交错运行以及桥臂串、并联切换
交替接入各个端口的换流方式，实现变换器对各个端口直流电流的控制以及
桥臂能量平衡，并在各个输入端口处配置换流阀，使各个端口具备隔离功能。
设计了参数设计方法和控制方法。当风场功率发生变化时，变换器也能保持
稳定运行。
然后，针对海上风场投入运行如何启动的问题，本文对三端口高压大容
量DC/DC变换器进行改进，引入了能使功率反向流通的换流阀及开关器件。
根据海上风场是否具备自主启动能力，分别设计了高压侧端口启动控制和低
压侧端口启动控制两种启动控制方法，对变换器中换流阀和桥臂解锁顺序进
行了详细分析。考虑风场系统级运行的实际情况，设计了海上风场联合启动
控制方法，对风场联合启动控制进行了仿真验证。
最后，根据风机间链型矩阵排布的连接方式，设计了全直流海上风场和
传统HVDC-MMC型海上风场的内部集电线路拓扑结构，从损耗和成本两个
方面，对全直流海上风场汇集传输方案和传统HVDC-MMC型海上风场汇集
传输方案进行对比计算。明确基于本文所提变换器的全直流海上风场技术经
济性相比于传统海上风场的优势。
本文所提三端口高压大容量DC/DC变换器拓扑和风场启动控制方法均
通过仿真和实验样机验证。
关键词：全直流海上风场；三端口DC/DC变换器；风场启动；技术经济性
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Currently,offshorewindpowerhasbecomeasignificantdirectioninthe
globalrenewableenergysector,offeringadvantagessuchasabundantwind
resources,highwindspeeds,andgoodstability.However,thedevelopmentof
offshorewindpoweralsofaceschallenges,includinghighinvestmentcosts,
complexenvironmentalconditions,anddifficultiesinconstructionandoperation,
requiringactiveresponsesintermsofpoliciesandtechnologies.TheAll-DC
offshorewindfarmsolutionhasadvantagessuchaslowtransmissionlosses,
flexiblecontrol,goodstability,andwideapplicability,makingitaneffective
approachtoaddressthechal