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基于电压源换流器的高压直流输电技术在风电场并网中的应用研究

2020-11-30阅读(291)

基于电压源换流器的高压直流输电技术在风电场并网中的应用研究

论文摘要

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,本文对VSC-HVDC在风电场并网中的应用进行了研究,主要内容包括:1.研究了基于普通异步发电机的定速风电机组的稳态模型和暂态模型,对定速风电机组的静态电压稳定性和暂态电压稳定性进行了仿真分析。2.研究了VSC-HVDC的稳态模型和暂态模型,设计和提出了用于风电场并网的VSC-HVDC稳态控制策略和相应的控制系统模型,并在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中实现。仿真表明,设计的前馈解耦控制器实现了有功功率和无功功率的相互独立控制;提出了分流电阻加变频器闭锁的保护措施,以防止严重电网故障对变频器的损害;对不同控制策略下VSC-HVDC的短路电流进行了仿真分析。3.研究了定速风电机组风电场发生电压失稳的机理。对VSC-HVDC提高此类型风电场并网的静态电压稳定性和暂态电压稳定性进行了研究。仿真结果表明,定速风电机组风电场经VSC-HVDC并网,能有效地提高电网的静态电压稳定性和暂态电压稳定性。4.针对风电场经VSC-HVDC并网后风电机组转动惯量及其对频率稳定性影响的问题,设计了风电场侧换流站的附加频率控制环节,用于实现风电场参与电网频率控制的功能。仿真结果表明,附加频率控制环节能根据电力系统频率变化,调整风电场有功出力,有效降低系统频率变化幅度。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 HVDC技术的发展
  • 1.3 VSC-HVDC的应用领域
  • 1.4 风电场经VSC-HVDC并网的研究现状
  • 1.4.1 国外风电场经VSC-HVDC并网工程应用研究
  • 1.4.2 国外风电场经VSC-HVDC并网模型与控制策略研究
  • 1.4.3 国内风电场经VSC-HVDC并网研究现状
  • 1.5 本论文的主要工作
  • 第二章 基于普通异步电机的定速风电机组模型及运行特性
  • 2.1 引言
  • 2.2 基于普通异步发电机的定速风电机组模型
  • 2.2.1 普通异步电机模型
  • 2.2.2 空气动力学模型
  • 2.2.3 轴系模型
  • 2.3 定速风电机组风电场的静态电压稳定性
  • 2.3.1 普通异步电机的有功、无功特性
  • 2.3.2 定速风电机组风电场的静态电压稳定机理
  • 2.4 定速风电机组的暂态电压稳定性及其稳定极限
  • 2.4.1 普通异步发电机暂态电压稳定性
  • 2.4.2 普通异步发电机暂态稳定极限
  • 2.5 仿真系统及仿真结果
  • 2.5.1 仿真系统
  • 2.5.2 仿真结果
  • 2.6 小结
  • 第三章 VSC-HVDC模型及其控制系统
  • 3.1 引言
  • 3.2 VSC-HVDC的基本原理
  • 3.3 VSC-HVDC稳态模型
  • 3.4 VSC-HVDC暂态模型
  • 3.5 VSC-HVDC控制策略及控制系统
  • 3.5.1 VSC-HVDC控制策略
  • 3.5.2 VSC-HVDC控制系统
  • 3.6 VSC-HVDC控制系统仿真分析
  • 3.6.1 风电场有功、无功功率以及频率阶跃响应
  • 3.6.2 电网侧换流站交流母线电压、无功功率及直流电压的阶跃响应
  • 3.7 VSC-HVDC在系统故障时的保护策略
  • 3.8 控制策略对VSC-HVDC短路电流的影响
  • 3.8.1 网侧换流站采用恒无功功率/直流电压控制
  • 3.8.2 网侧换流站采用恒交流电压/直流电压控制
  • 3.9 小结
  • 第四章 风电场经VSC-HVDC并网对电网电压稳定性的影响
  • 4.1 引言
  • 4.2 仿真系统简介
  • 4.3 风电场的静态电压稳定性分析
  • 4.3.1 风电场经交流线并网时电压稳定性
  • 4.3.2 风电场经VSC-HVDC并网时的无功电压分析
  • 4.3.3 利用VSC-HVDC提高风电接纳能力分析
  • 4.4 风电场的暂态电压稳定性分析
  • 4.4.1 风电场经交流线并网暂态电压稳定性
  • 4.4.2 风电场经VSC-HVDC并网暂态电压稳定性
  • 4.5 小结
  • 第五章 风电场经VSC-HVDC并网对系统频率稳定性的影响
  • 5.1 引言
  • 5.2 电力系统的频率特性及频率调整
  • 5.2.1 电力系统的频率特性
  • 5.2.2 电力系统的频率调整及频率稳定性
  • 5.3 风电场对系统频率稳定性的影响
  • 5.3.1 定速风电机组经交流线并网时的频率响应特性
  • 5.3.2 风电场经VSC-HVDC并网时的频率响应特性
  • 5.4 仿真系统及仿真分析
  • 5.4.1 仿真系统
  • 5.4.2 仿真分析
  • 5.5 小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 未来工作与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间参与的科研项目与发表的学术论文

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