海上风电通过柔性直流输电系统并网的控制策略研究

【摘要】：近年来,双馈式感应发电机(DFIG)越来越多地应用于海上风力发电系统中。而柔性直流输电系统(VSC-HVDC)又是远距离海上风电并网的典型结构。本文针对海上风电系统通过VSC-HVDC送出的控制策略做了以下几个方面的研究： (1)搭建了风电场由VSC-HVDC送出的数字仿真平台。风电场由基于DFIG的风力机组成,其中包含有风力机组模型,DFIG换流器模型以及桨矩角控制系统。对VSC-HVDC系统而言,风场侧换流器(WFVSC)主要控制海上风电交流系统的电压幅值和电网频率,以稳定交流电压；而网侧换流器(GSVSC)控制直流电压和与交流系统交换的无功功率。 (2)海上风电由VSC-HVDC送出系统是一个“低惯量”系统。故给出利用直流电容和DFIG转子动能去模拟同步电机惯量的协同控制策略。GSVSC通过直流电压滑差控制,在电网扰动下,直流电容将吸收或释放能量。两端VSC交流系统频率将通过WFVSC变频控制实现人工耦合,这样省去两端换流站之间的通讯。为响应WFVSC频率变化,DFIG功率控制器将调整功率指令值,使转子转速相应变化。通过一系列协同控制,海上风电场将参与电力系统频率控制。在允许的直流电压变化范围内,该协同控制策略可提供大范围的惯量,增加系统稳定性。 (3)分析了直流电容和GSVSC换流器电流控制器阈值对故障直流电压的影响。提出了海上风电由VSC-HVDC送出的故障穿越策略：当GSVSC侧系统故障,GSVSC首先处于限电流控制。然后,WFVSC感受到升高的直流电压,将其升高直流电压信号转化成升高的送端交流系统频率。最后,DFIG在感受到升高交流系统频率后,通过自身的降功率控制策略降低其发出的有功功率。并分析了利用频率偏差控制和频率-功率自定义曲线控制的DFIG自动降功率特性。 【关键词】：海上风电 双馈式感应发电机 柔性直流输电系统 惯量模拟 频率调节 故障穿越
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM721.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 本文的研究目的和意义11-14
• 1.2 海上风电通过柔性直流输电系统送出研究现状14-18
• 1.2.1 海上风场的数学建模14-17
• 1.2.2 柔性直流输电系统17-18
• 1.3 本文的主要工作18-20
• 第2章 海上风电通过柔性直流输电系统并网的稳态控制策略20-41
• 2.1 基于DFIG的风力机组模型20-35
• 2.1.1 基于DFIG风力机的控制系统22-25
• 2.1.2 DFIG控制层25-29
• 2.1.3 DFIG风力机组控制策略29-32
• 2.1.4 DFIG仿真分析32-35
• 2.2 用于海上风电场接入的VSC-HVDC控制策略35-40
• 2.2.1 系统模型35-36
• 2.2.2 GSVSC控制策略36
• 2.2.3 WFVSC控制策略36-37
• 2.2.4 风场通过柔性直流输电系统送出的稳态仿真计算37-40
• 2.3 本章小结40-41
• 第3章 提高电力系统惯性水平的风电场和VSC-HVDC的协同控制策略41-61
• 3.1 同步电机的惯量响应41-42
• 3.2 海上风电场与VSC-HVDC的协同控制策略42-46
• 3.2.1 GSVSC直流电容惯性支撑42-43
• 3.2.2 WFVSC的变频控制43-44
• 3.2.3 风电场有功功率变化44-46
• 3.3 风场惯量支撑的进一步讨论46-51
• 3.3.1 MPPT对H_W的影响47-48
• 3.3.2 不同控制器对H_W的影响48-51
• 3.4 控制参数对协同控制策略的影响51-54
• 3.4.1 直流控制参数K_(DC)对H_s的影响51-52
• 3.4.2 P控制器比例参数K_P对H_s的影响52-54
• 3.5 仿真验算54-59
• 3.5.1 仿真平台54-55
• 3.5.2 算例155-56
• 3.5.3 算例256-59
• 3.5.4 算例359
• 3.6 本章小结59-61
• 第4章 提高海上风电由VSC-HVDC送出系统故障穿越能力的控制策略61-74
• 4.1 海上风电由VSC-HVDC系统送出的故障特性61-65
• 4.1.1 直流电容值C对故障直流电压的影响63
• 4.1.2 电流控制器阈值I_(dmax)对故障直流电压的影响63-65
• 4.2 海上风电由VSC-HVDC系统送出的故障协同控制策略65-67
• 4.2.1 GSVSC的控制策略65-66
• 4.2.2 WFVSC的控制策略66
• 4.2.3 DFIG的控制策略66-67
• 4.3 DFIG不同控制策略对系统故障穿越能力的影响67-73
• 4.3.1 附加频率偏差控制67-70
• 4.3.2 利用频率-功率曲线控制70-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第5章 总结与展望74-76
• 5.1 全文总结74-75
• 5.2 研究工作展望75-76
• 参考文献76-80
• 作者简历80
• 攻读硕士学位期间发表的论文：80

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