基于VSC-HVDC的风电场联网控制策略研究

论文摘要

基于电压源换流器的高压直流输电技术（Voltage Source Converter Based HVDC,VSC-HVDC）是在传统直流输电基础上发展起来的一种新型输电技术。它除了具有传统高压直流输电的优点外,还具有能够独立控制有功、无功功率;动态补偿交流母线的无功功率,稳定交流母线的电压;可向无源网络供电、易于构成多端直流系统等优点,更适合于风电场联网。本文首先系统地推导了DFIG的定、转子功率关系、电压方程和磁链方程,提出了机组的控制策略,并在PSCAD仿真软件下验证了其有效性,为研究风电场经VSC-HVDC联网奠定了基础;然后介绍了VSC-HVDC的基本原理和控制方式,建立了VSC-HVDC的数学模型,针对用于风电场联网的两端VSC-HVDC系统提出了相应的控制策略。针对用于风电场联网的VSC-MTDC系统,提出了适用于风电场联网的直流电压斜率特性的多端控制方式。仿真结果表明该控制策略能够实现不需要高速通信的条件下有功功率在两个直流接收端之间按比例分配;对风速阶跃变化具有良好的动态响应;在电网交流侧发生故障后具有良好的故障恢复特性。针对交流系统电压不平衡的情况,建立了dq旋转坐标系下的数学模型,分析了交流电压不平衡时VSC-HVDC系统的功率平衡关系。通过对功率平衡关系的分析,得出当负序电流得到抑制时,系统不平衡产生的二倍频分量也大大的减少了。在此基础上提出了以抑制负序电流为目标的不平衡控制策略,并将无差拍控制引入到正序电流内环控制中。仿真结果表明该控制策略能够很好地抑制负序电流,同时也大大降低了二倍频波动量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 基于VSC-HVDC 的风电场联网研究现状
• 1.2.2 基于VSC-MTDC 的风电场联网研究现状
• 1.2.3 交流系统不平衡时VSC-HVDC 控制策略研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 双馈感应风力发电机组建模及其控制策略研究
• 2.1 DFIG 的数学模型
• 2.1.1 机械部分模型
• 2.1.2 发电机等值电路及其模型
• 2.2 DFIG 风力发电机组的控制
• 2.2.1 转子侧换流器（RSC）控制策略
• 2.2.2 电网侧换流器（GSC）控制策略
• 2.3 仿真分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于VSC-HVDC 风电场联网控制策略研究
• 3.1 VSC-HVDC 的基本原理和数学模型
• 3.2 用于风电场联网的两端VSC-HVDC 控制器设计
• 3.3 风电场经两端VSC-HVDC 联网仿真分析
• 3.4 用于风电场联网的VSC-MTDC 控制器设计
• 3.5 风电场经VSC-MTDC 联网仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 交流系统不平衡时VSC-HVDC 控制策略研究
• 4.1 VSC-HVDC 交流系统电压不平衡时的数学模型和功率分析
• 4.2 不平衡控制策略
• 4.2.1 基于负序电压实时补偿的不平衡控制原理
• 4.2.2 无差拍控制原理
• 4.2.3 控制器设计
• 4.3 仿真验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要