海上风电场的电网接入技术研究

论文摘要

随着能源的巨大消耗和环境的严重污染,风能成为世界各国普遍重视的可再生能源,风力发电已经成为一种新兴的重要发电形式。风力发电技术的成熟和完善使得海上风力发电已逐渐成为风电发展的新领域。在我国,相对于陆地风能,海上风能有其独特的优势,因此海上风力发电将会成为我国电力能源结构的重要组成部分。但我国的海上风力发电技术目前才刚刚起步,研究海上风电场的电网接入技术,对我国的能源战略具有重大意义。随着电力电子技术的发展和换流技术的革新,直流输电重新回到人们的视野,也得到广泛的应用。特别是以电压源换流器为基础的轻型直流输电的出现,更使得直流输电迈向了新的高度。对于海上风电场的接入电网来说,轻型直流输电相比于传统直流输电更显优势,因此采用轻型直流输电的海上风电场的电网接入系统是本文研究的重点。本文首先研究了海上风电场的风力发电系统以及电网接入的两种方法,重点介绍了轻型直流输电系统的数学模型以及控制策略；其次建立了海上风电场的轻型直流输电模型,在此模型基础上利用了PSCAD/EMTDC仿真软件进行了稳态仿真研究和短路故障仿真研究；最后我们对海上风电场的轻型直流输电的电能损耗以及无功电压进行了计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 能源危机与环境污染
• 1.1.2 风力发电技术
• 1.1.3 海上风力发电
• 1.1.4 风电接入技术
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国内外风电发展情况及研究现状
• 1.2.2 风电接入电网的发展现状及研究方向
• 1.3 直流输电技术的新发展
• 1.4 本文主要工作
• 2 海上风电场及其电网接入技术
• 2.1 海上风电场的数学模型
• 2.1.1 风速模型
• 2.1.2 风力机模型
• 2.1.3 机械传动机构模型
• 2.1.4 发电机数学模型
• 2.2 海上风电场的电网接入技术
• 2.2.1 海上风电场的高压交流输电接入
• 2.2.2 海上风电场的高压直流输电接入
• 2.3 本章小结
• 3 轻型直流输电系统的控制策略
• 3.1 轻型直流输电的稳态数学模型
• 3.2 轻型直流输电的控制策略
• 3.2.1 间接电流控制
• 3.2.2 直接电流控制
• 3.3 联结两个交流有源网络的VSC-HVDC的控制系统仿真
• 3.4 向无源网络供电的VSC-HVDC系统仿真
• 3.5 本章小结
• 4 海上风电场的VSC-HVDC接入系统
• 4.1 轻型直流输电与海上风电场协调控制
• 4.1.1 海上风电场的出口电压控制
• 4.1.2 陆上换流站的控制方法
• 4.2 海上风电场的VSC-HVDC系统的稳态仿真研究
• 4.3 本章小结
• 5 海上风电场的轻型直流输电系统分析
• 5.1 轻型直流输电系统损耗分析
• 5.2 轻型直流输电下的电压稳定性分析
• 5.3 轻型直流输电系统的无功电压分析
• 5.4 实例分析
• 5.5 本章小结
• 6 海上风电场的轻型直流输电系统故障分析
• 6.1 引言
• 6.2 轻型直流输电系统在单相接地故障仿真
• 6.3 三相接地故障仿真
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果