基于VSC-HVDC的海上风电场并网的PID控制策略研究

论文摘要

由于风力发电的间歇性,以及风电场规模的不断扩大,海上风电场的并网对电网电能质量会产生影响,因此必须引起足够重视。随着海上风电场容量不断扩大和传输距离较长,采用交流并网的方式将会受到稳定性（功角、频率稳定）制约,因此需要复杂的补偿系统和综合技术以保持与所连接系统之间的同步；而采用基于电压源换流器（VSC）技术的轻型高压直流输电（HVDC）的并网方式不存在稳定性问题。电压源换流器型直流输电是一种以可控关断器件（如IGBT等）和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）在电力系统中具有广阔的应用前景,论文对基于VSC-HVDC对海上风电场并网中的控制策略进行了研究,主要内容包括：比较分析几种海上风电场并网技术,着重对VSC-HVDC技术进行原理分析；在此基础上,建立VSC-HVDC系统的数学模型,并进行解耦分析；根据VSC-HVDC数学模型以及PID控制技术原理完成控制系统的设计；基于VSC-HVDC的数学建模及PID控制系统的设计,在Matlab/Simulink中建立VSC-HVDC的仿真模型,完成调试,优化PID参数,并对仿真结果进行分析。通过仿真结果表明了：基于dq0坐标下的三相VSC的数学模型所设计的控制系统,能够快速的使系统进入稳定的工作状态,在系统的运行状态发生改变时,系统能够快速的跟随设定值,使系统过渡到新的工作状态,仿真实验验证了本文所设计的控制系统的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 海上风电场的研究背景
• 1.2 海上风电场的构成及其发展
• 1.2.1 海上风电场的构成
• 1.2.2 海上风电场的发展
• 1.3 海上风电场的并网技术及VSC-HVDC的研究现状
• 1.3.1 海上风电的并网技术
• 1.3.2 VSC-HVDC的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 2 VSC-HVDC的基本原理和数学模型
• 2.1 VSC-HVDC的结构分析和基本原理
• 2.1.1 VSC-HVDC结构分析
• 2.1.2 基本工作原理
• 2.2 三相VSC的低频数学模型
• 2.2.1 三相VSC的低频动态模型
• 2.2.2 三相VSC的dq0坐标系数学模型
• 2.3 本章小结
• 3 VSC-HVDC系统的控制器设计
• 3.1 VSC稳态控制器的设计
• 3.2 与有源网络相连时VSC的控制器的设计
• 3.2.1 功率控制器
• 3.2.2 直流侧电压控制器
• 3.2.3 直流侧电流控制器
• 3.2.4 VSC调制波的合成
• 3.3 与无源网络相连时控制器的设计
• 3.4 本章小结
• 4 VSC-HVDC系统的仿真及分析
• 4.1 VSC-HVDC的仿真模型
• 4.2 VSC-HVDC与电网系统连接仿真
• 4.2.1 VSC-HVDC换流器2系统的启动
• 4.2.2 VSC-HVDC换流器1系统的启动
• 4.2.3 稳态运行条件下,有功功率下降实验
• 4.2.4 稳态运行条件下,直流电压抬升实验
• 4.3 本章小结
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献