用于风电并网的多端柔性直流输电系统的控制策略研究

【摘要】：大型陆上风电基地及远海风电场分布分散,通常需将分散的风功率集中长距离、跨区域外送,柔性直流输电技术(Voltage-Sourced Converter High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)将是解决这一难题的理想方案。本论文重点讨论了用于风电场联网时VSC-HVDC系统的控制策略以及多个风电场与多个交流电网互联时多端VSC-HVDC系统的直流电压优化控制策略。(1)分析了VSC-HVDC的稳态特性并建立了数学模型,设计了VSC-HVDC系统的直接电流控制策略。在三相静止坐标系下的基础上,推导了dq同步旋转坐标系下的VSC-HVDC系统数学模型;通过离散化时域数学模型并引入无差拍控制,分析了基于前馈补偿解耦原理的内环电流控制器和应用于不同形式下的外环功率控制器,从而设计了VSC-HVDC系统的控制策略—直接电流控制策略。(2)研究了用于双馈风电场联网时VSC-HVDC系统的控制策略。分析了双馈风电机组的数学模型,并推导了其转子侧和网侧换流器的矢量控制策略,设计了风场侧VSC的大电压源控制策略,该控制策略采用直接电流控制,实现换流站交流侧电压幅值、频率和相位的定值控制,及风功率的自动汇集。(3)研究了用于风电场并网的多端VSC-HVDC系统直流电压优化控制策略。分析了主从控制、偏差控制和下垂控制策略的优缺点,并结合3种控制策略的优点,提出了适用于多端VSC-HVDC系统的多点直流电压控制策略—直流电压优化控制策略。当系统潮流波动较小时,部分与有源系统相连的换流站参与潮流调节,保持系统稳定;当潮流突变且波动剧烈时,与有源系统相连的所有换流站共同参与潮流调节,一起稳定直流电压,避免直流电压的过大波动。最后,在Matlab/Simulink仿真平台中针对直流电压优化控制策略的特性进行了仿真分析,仿真结果验证了该策略的有效性。(4)搭建了多端VSC-HVDC实验系统。通过实验研究了多端VSC-HVDC系统联立运行时的特性。对VSC-HVDC接入无源网络时,能提供稳定的有功支持。实验结果表明,本文所设计的控制策略能够实现柔性直流输电系统的稳定运行。 【关键词】：VSC-HVDC 直接电流控制 双馈感应电机 风电场并网 优化控制策略
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM721.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及研究意义11-12
• 1.2 VSC-HVDC的研究现状分析12-15
• 1.2.1 VSC-HVDC的结构12-13
• 1.2.2 VSC-HVDC系统模型与控制策略研究13-14
• 1.2.3 多端VSC-HVDC系统的控制策略研究14-15
• 1.3 用于风电并网的VSC-HVDC研究现状分析15-19
• 1.3.1 风力发电的研究现状15-16
• 1.3.2 用于风电并网的VSC-HVDC系统控制策略16-17
• 1.3.3 用于风电并网的VSC-HVDC工程应用17-19
• 1.4 论文的主要工作19-21
• 第2章 VSC-HVDC的数学建模及稳态控制21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 VSC-HVDC的稳态特性与数学模型21-27
• 2.2.1 VSC-HVDC的稳态特性21-22
• 2.2.2 三相静止坐标系下的VSC数学模型22-25
• 2.2.3 同步旋转坐标系下的VSC数学模型25-27
• 2.3 VSC-HVDC系统的控制策略27-32
• 2.3.1 VSC-HVDC系统的内环电流控制器27-28
• 2.3.2 VSC-HVDC系统的外环功率控制器28-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 用于风电并网的VSC-HVDC系统的控制策略33-40
• 3.1 引言33
• 3.2 双馈风电机组的数学模型33-35
• 3.3 双馈风电机组的控制策略35-37
• 3.3.1 RSC控制器的设计35-36
• 3.3.2 GSC控制器的设计36-37
• 3.4 用于风电并网时VSC-HVDC的控制策略37-39
• 3.4.1 风电场侧换流站的控制策略37-39
• 3.4.2 电网侧换流站的控制策略39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 多端VSC-HVDC系统的直流电压优化策略40-56
• 4.1 引言40
• 4.2 多端VSC-HVDC系统的构成40-41
• 4.3 多端VSC-HVDC系统的基本控制策略41-46
• 4.3.1 直流电压主从控制器41-43
• 4.3.2 直流电压偏差控制器43-44
• 4.3.3 直流电压下垂控制器44-46
• 4.4 多端VSC-HVDC系统的直流电压优化控制策略46-49
• 4.4.1 模式1下的优化控制策略47
• 4.4.2 模式2下的优化控制策略47-48
• 4.4.3 模式3下的优化控制策略48-49
• 4.5 各换流站在不同模式下的控制模式49-50
• 4.6 仿真验证50-54
• 4.6.1 小波动情况下多端VSC-HVDC系统的仿真50-52
• 4.6.2 大波动情况下多端VSC-HVDC系统的仿真52-54
• 4.7 本章小结54-56
• 第5章 多端VSC-HVDC系统的实验研究56-64
• 5.1 引言56
• 5.2 多端VSC-HVDC实验系统设计56-61
• 5.2.1 多端VSC-HVDC实验系统主电路设计57-59
• 5.2.2 多端VSC-HVDC实验系统的软件结构59-61
• 5.3 实验分析61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第6章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果70-71
• 致谢71

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