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海上风电场VSC-HVDC柔性直流输电变流器研究

2020-12-12阅读(297)

海上风电场VSC-HVDC柔性直流输电变流器研究

论文摘要

随着全球经济的不断发展,能源危机也越发严重。传统能源因其储量有限、造成大量污染等原因促使人们不断开发新能源。风能作为一种可再生的清洁能源在全球范围内储量丰富,加之土地资源日益紧缺、近海地域风储量富足,大力发展海上风电已成为解决能源危机的一个重要手段。柔性直流输电技术较比传统输电技术有诸多优势,将其广泛应用于近海风场风电的传输和并网连接也成为了发展海上风电的关键。本文着重研究基于电压源型变流器的柔性直流输电变流器（VSC-HVDC）。在介绍VSC-HVDC的基本控制原理的基础上,对其主电路和无源滤波系统的参数进行了详细的分析和计算,并基于同步旋转坐标系（d-q系）设计了海上风电场柔性直流输电变流器的双闭环矢量控制系统,实现了有功功率和无功功率的独立控制。同时针对柔性直流输电系统对变流器要求的大功率应用场合,设计了新型模块化级联多电平变流器（MMC）,提出了将参考信号叠加平衡分量方法与电容排序法相结合以解决MMC存在的直流电容电压均压问题。利用仿真软件Matlab/Simulink对所设计的VSC-HVDC和MMC拓扑结构的控制方式进行了仿真验证,仿真结果证实了主电路和滤波系统参数选择的合理性以及所采用的控制方式的有效性采用TI公司的TMS320F28335DSP作为控制芯片搭建了VSC-HVDC实验系统,对双闭环矢量控制编写了DSP程序,同时基于触摸屏和PLC设计了上位操作界面及相应的通讯系统,验证了所设计的拓扑结构和控制方法的正确性。本文的研究对于海上风电场VSC-HVDC系统原理的研究具有一定的理论和实践意义,有助于大功率系统的进一步开发,以实现我国海上风电场VSC-HVDC输电系统的产业化。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 我国发展海上风电的优势
  • 1.2 国内外海上风力发电发展现状
  • 1.2.1 国外海上风力发电发展现状
  • 1.2.2 国内海上风力发电发展现状
  • 1.3 柔性直流输电技术的发展现状
  • 1.4 本文研究内容
  • 第二章 柔性直流输电系统
  • 2.1 柔性直流输电系统的技术特点
  • 2.1.1 柔性直流输电系统与传统直流输电的比较
  • 2.1.2 柔性直流输电系统用于风电场并网
  • 2.2 柔性直流输电系统的基本结构和基本原理
  • 2.2.1 柔性直流输电系统的基本结构
  • 2.2.2 柔性直流输电系统的基本工作原理
  • 2.2.3 风电场并网VSC-HVDC 系统控制方式
  • 2.3 柔性直流输电系统主回路相关参数设计
  • 2.3.1 在同步旋转坐标下VSC 交流侧与直流侧的相关分析
  • 2.3.2 变流电抗器的参数设计
  • 2.3.3 直流侧电容参数设计
  • 2.4 柔性直流输电系统的谐波及其抑制
  • 2.4.1 总电感LT 的限制条件
  • 2.4.2 滤波电容Cf 的选择
  • 2.4.3 风场侧电感Lg 和变流器侧电感L 的选择
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 VSC 的工作原理及控制方式
  • 3.1 电压源和电流源换流站的结构比较
  • 3.2 电压源型变流器的基本拓扑结构和调制方式
  • 3.2.1 VSC-HVDC 柔性直流输电系统暂态数学模型
  • 3.2.2 三相两电平电压源型变流器的拓扑结构
  • 3.2.3 三相两电平VSC 的SVPWM 调制特性分析
  • 3.3 VSC 的双闭环矢量调制
  • 3.3.1 柔性直流输电系统直接电流控制内环电流控制器的设计
  • 3.3.2 柔性直流输电系统直接电流控制外环电压控制器的设计
  • 3.3.3 间接电流控制
  • 3.3.4 直接电流控制
  • 3.4 基于三相两电平VSC 的HVDC 系统仿真
  • 3.4.1 系统仿真参数
  • 3.4.2 系统中各仿真模块
  • 3.4.3 系统仿真结果分析
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 基于 MMC 的海上风电场柔性直流输电系统
  • 4.1 MMC 的拓扑结构和触发方式
  • 4.1.1 MMC 的拓扑结构
  • 4.1.2 MMC 的触发方式
  • 4.2 电容电压平衡控制策略
  • 4.3 基于MMC 的系统仿真验证
  • 4.3.1 系统仿真参数
  • 4.3.2 系统仿真结果及分析
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 VSC-HVDC 实验系统
  • 5.1 VSC-HVDC 实验系统的整体设计方案
  • 5.2 上位机控制系统
  • 5.2.1 MCGS 组态软件概述
  • 5.2.2 S7-200PLC 的通讯功能
  • 5.2.3 MCGS 与PLC 的控制系统设计
  • 5.3 VSC-HVDC 实验系统主电路
  • 5.4 VSC-HVDC 实验系统硬件电路
  • 5.4.1 功率模块的设计
  • 5.4.2 IGBT 驱动电路的设计
  • 5.4.3 信号采集电路设计
  • 5.5 VSC-HVDC 实验系统DSP 控制部分
  • 5.5.1 TMS320F28335DSP 的性能优势
  • 5.5.2 DSP 控制软件设计
  • 5.6 实验结果及分析
  • 5.6.1 实验结果
  • 5.6.2 实验结果分析
  • 5.7 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间取得的成果

    • 相关论文文献

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