基于多端直流輸電的風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)研究.pdf

1、隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展,海上及陸地風(fēng)電場的規(guī)模日趨大型化。在中國,三北地區(qū)將建成甘肅河西、新疆哈密等數(shù)個千萬千瓦級風(fēng)電基地,具有“大規(guī)模、高集中、遠(yuǎn)距離”的突出特點。在歐洲,計劃建設(shè)互聯(lián)海上風(fēng)電場和陸上電網(wǎng)的超級電網(wǎng)。這些在建及擬建風(fēng)場一般距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn),大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電無法就地消納,需要通過輸電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸送到負(fù)荷中心。而風(fēng)電這種可再生能源具有的隨機(jī)性與波動性等特點,對輸電技術(shù)提出了更為嚴(yán)格的要求。如何將大型風(fēng)電場的電能高效可靠地

2、傳輸?shù)竭h(yuǎn)端電網(wǎng)中成為一個新的技術(shù)挑戰(zhàn)。
　　論文在回顧交流和直流風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)特點基礎(chǔ)上,指出了直流輸電技術(shù)非常適合遠(yuǎn)距離、大規(guī)模風(fēng)場并網(wǎng)。針對現(xiàn)有直流風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù):基于晶閘管的相控?fù)Q流器的高壓直流輸電(Line-Commutated Converter-HVDC,LCC-HVDC)技術(shù)和基于電壓源型變流器的高壓直流輸電(Voltage Source Converter-HVDC,VSC-HVDC),以及由此構(gòu)成的多端直流輸電系統(tǒng)(

3、Multi-terminal HVDC,MTDC),闡述了風(fēng)電場采用這幾種輸電技術(shù)進(jìn)行并網(wǎng)的研究現(xiàn)狀。全文由以下幾個部分組成:
　　論文第二章對構(gòu)成風(fēng)場的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Doubly fed induction generator,DFIG)運行原理進(jìn)行介紹,采用外環(huán)功率控制和內(nèi)環(huán)電流控制相結(jié)合的雙閉環(huán)控制策略實現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有功和無功的解耦控制。通過對DFIG的控制策略研究以及驗證來為風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步探討建立基礎(chǔ),同時通

4、過對比研究LCC-HVDC和VSC-HVDC用于風(fēng)電并網(wǎng)時在故障狀態(tài)下的響應(yīng)性能,分析比較了兩種并網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)缺點,驗證兩種并網(wǎng)方式對改善大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)特性和低電壓穿越能力的作用。
　　第三章以西北電網(wǎng)千萬千瓦級風(fēng)場為背景,提出了一種新的基于LCC的多端直流輸電技術(shù)的風(fēng)電場并網(wǎng)拓?fù)鋱D,并建立了LCC-MTDC的數(shù)學(xué)模型,提出了適用于LCC-MTDC系統(tǒng)的電流裕度控制策略,分析了不同工況下?lián)Q流器控制特性,提出了風(fēng)場側(cè)整流器

5、之間協(xié)調(diào)控制策略,減少風(fēng)功率波動對并網(wǎng)點交流系統(tǒng)的影響。通過仿真分析了系統(tǒng)在各種故障條件下的運行特性,驗證了所提控制策略的有效性。
　　第四章在上一章基礎(chǔ)上,分析在并網(wǎng)點處不存在交流系統(tǒng)或者交流系統(tǒng)較弱的情況下,提出了采用相控?fù)Q流器與靜止無功補(bǔ)償器(STATCOM)結(jié)合的多端直流輸電技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的方法。從兩個層面上進(jìn)行控制器的設(shè)計,一是從含有STATCOM的整流器交流側(cè)子系統(tǒng)角度,針對STATCOM非線性特性,引入逆系統(tǒng)

6、方法設(shè)計其控制器并推導(dǎo)整流器直流側(cè)電流與STATCOM直流側(cè)電壓的關(guān)系,提出適合于整流器的控制策略,保證交流側(cè)功率平衡。其次從MTDC整體性能出發(fā),設(shè)計單點電壓控制策略來確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在PSCAD/EMTDC中的仿真結(jié)果驗證了所提控制策略快速響應(yīng)能力以及良好的控制特性。
　　第五章以歐洲海上風(fēng)場為背景,提出了采用VSC換流器連接海上風(fēng)場和弱受端交流系統(tǒng),LCC連接較強(qiáng)送端和受端交流系統(tǒng)的五端混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)鋱D。通過分析VS