用于風(fēng)電并網(wǎng)的多端柔性直流輸電系統(tǒng)的控制策略研究

【摘要】：大型陸上風(fēng)電基地及遠(yuǎn)海風(fēng)電場(chǎng)分布分散,通常需將分散的風(fēng)功率集中長(zhǎng)距離、跨區(qū)域外送,柔性直流輸電技術(shù)(Voltage-Sourced Converter High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)將是解決這一難題的理想方案。本論文重點(diǎn)討論了用于風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)VSC-HVDC系統(tǒng)的控制策略以及多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)與多個(gè)交流電網(wǎng)互聯(lián)時(shí)多端VSC-HVDC系統(tǒng)的直流電壓優(yōu)化控制策略。(1)分析了VSC-HVDC的穩(wěn)態(tài)特性并建立了數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了VSC-HVDC系統(tǒng)的直接電流控制策略。在三相靜止坐標(biāo)系下的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的VSC-HVDC系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型;通過(guò)離散化時(shí)域數(shù)學(xué)模型并引入無(wú)差拍控制,分析了基于前饋補(bǔ)償解耦原理的內(nèi)環(huán)電流控制器和應(yīng)用于不同形式下的外環(huán)功率控制器,從而設(shè)計(jì)了VSC-HVDC系統(tǒng)的控制策略—直接電流控制策略。(2)研究了用于雙饋風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)VSC-HVDC系統(tǒng)的控制策略。分析了雙饋風(fēng)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型,并推導(dǎo)了其轉(zhuǎn)子側(cè)和網(wǎng)側(cè)換流器的矢量控制策略,設(shè)計(jì)了風(fēng)場(chǎng)側(cè)VSC的大電壓源控制策略,該控制策略采用直接電流控制,實(shí)現(xiàn)換流站交流側(cè)電壓幅值、頻率和相位的定值控制,及風(fēng)功率的自動(dòng)匯集。(3)研究了用于風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的多端VSC-HVDC系統(tǒng)直流電壓優(yōu)化控制策略。分析了主從控制、偏差控制和下垂控制策略的優(yōu)缺點(diǎn),并結(jié)合3種控制策略的優(yōu)點(diǎn),提出了適用于多端VSC-HVDC系統(tǒng)的多點(diǎn)直流電壓控制策略—直流電壓優(yōu)化控制策略。當(dāng)系統(tǒng)潮流波動(dòng)較小時(shí),部分與有源系統(tǒng)相連的換流站參與潮流調(diào)節(jié),保持系統(tǒng)穩(wěn)定;當(dāng)潮流突變且波動(dòng)劇烈時(shí),與有源系統(tǒng)相連的所有換流站共同參與潮流調(diào)節(jié),一起穩(wěn)定直流電壓,避免直流電壓的過(guò)大波動(dòng)。最后,在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)中針對(duì)直流電壓優(yōu)化控制策略的特性進(jìn)行了仿真分析,仿真結(jié)果驗(yàn)證了該策略的有效性。(4)搭建了多端VSC-HVDC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了多端VSC-HVDC系統(tǒng)聯(lián)立運(yùn)行時(shí)的特性。對(duì)VSC-HVDC接入無(wú)源網(wǎng)絡(luò)時(shí),能提供穩(wěn)定的有功支持。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 【關(guān)鍵詞】：VSC-HVDC 直接電流控制 雙饋感應(yīng)電機(jī) 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng) 優(yōu)化控制策略
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM721.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題研究背景及研究意義11-12
• 1.2 VSC-HVDC的研究現(xiàn)狀分析12-15
• 1.2.1 VSC-HVDC的結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 VSC-HVDC系統(tǒng)模型與控制策略研究13-14
• 1.2.3 多端VSC-HVDC系統(tǒng)的控制策略研究14-15
• 1.3 用于風(fēng)電并網(wǎng)的VSC-HVDC研究現(xiàn)狀分析15-19
• 1.3.1 風(fēng)力發(fā)電的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 用于風(fēng)電并網(wǎng)的VSC-HVDC系統(tǒng)控制策略16-17
• 1.3.3 用于風(fēng)電并網(wǎng)的VSC-HVDC工程應(yīng)用17-19
• 1.4 論文的主要工作19-21
• 第2章 VSC-HVDC的數(shù)學(xué)建模及穩(wěn)態(tài)控制21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 VSC-HVDC的穩(wěn)態(tài)特性與數(shù)學(xué)模型21-27
• 2.2.1 VSC-HVDC的穩(wěn)態(tài)特性21-22
• 2.2.2 三相靜止坐標(biāo)系下的VSC數(shù)學(xué)模型22-25
• 2.2.3 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的VSC數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.3 VSC-HVDC系統(tǒng)的控制策略27-32
• 2.3.1 VSC-HVDC系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)電流控制器27-28
• 2.3.2 VSC-HVDC系統(tǒng)的外環(huán)功率控制器28-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第3章 用于風(fēng)電并網(wǎng)的VSC-HVDC系統(tǒng)的控制策略33-40
• 3.1 引言33
• 3.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型33-35
• 3.3 雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制策略35-37
• 3.3.1 RSC控制器的設(shè)計(jì)35-36
• 3.3.2 GSC控制器的設(shè)計(jì)36-37
• 3.4 用于風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)VSC-HVDC的控制策略37-39
• 3.4.1 風(fēng)電場(chǎng)側(cè)換流站的控制策略37-39
• 3.4.2 電網(wǎng)側(cè)換流站的控制策略39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第4章 多端VSC-HVDC系統(tǒng)的直流電壓優(yōu)化策略40-56
• 4.1 引言40
• 4.2 多端VSC-HVDC系統(tǒng)的構(gòu)成40-41
• 4.3 多端VSC-HVDC系統(tǒng)的基本控制策略41-46
• 4.3.1 直流電壓主從控制器41-43
• 4.3.2 直流電壓偏差控制器43-44
• 4.3.3 直流電壓下垂控制器44-46
• 4.4 多端VSC-HVDC系統(tǒng)的直流電壓優(yōu)化控制策略46-49
• 4.4.1 模式1下的優(yōu)化控制策略47
• 4.4.2 模式2下的優(yōu)化控制策略47-48
• 4.4.3 模式3下的優(yōu)化控制策略48-49
• 4.5 各換流站在不同模式下的控制模式49-50
• 4.6 仿真驗(yàn)證50-54
• 4.6.1 小波動(dòng)情況下多端VSC-HVDC系統(tǒng)的仿真50-52
• 4.6.2 大波動(dòng)情況下多端VSC-HVDC系統(tǒng)的仿真52-54
• 4.7 本章小結(jié)54-56
• 第5章 多端VSC-HVDC系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究56-64
• 5.1 引言56
• 5.2 多端VSC-HVDC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)56-61
• 5.2.1 多端VSC-HVDC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)57-59
• 5.2.2 多端VSC-HVDC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)59-61
• 5.3 實(shí)驗(yàn)分析61-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 第6章 結(jié)論與展望64-66
• 6.1 結(jié)論64-65
• 6.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果70-71
• 致謝71

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