光伏電站用MMC-HVDC并網(wǎng)啟動及控制策略研究

【摘要】：與交流輸電系統(tǒng)相比，直流輸電不存在距離受限的問題。相對于線路換相電流源型常規(guī)直流輸電技術(shù)而言，電壓源型自換相柔性直流輸電技術(shù)因其無需電網(wǎng)提供換相電壓、潮流獨立快速可控等特性更適合于光伏電站并網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。另一方面，模塊化多電平拓?fù)溆捎谄涞偷拈_關(guān)頻率和功率損耗，是目前高壓大容量柔性直流輸電應(yīng)用的首選技術(shù)方案，故本文以光伏電站經(jīng)模塊化多電平柔性直流（MMC-HVDC）并網(wǎng)作為研究對象，詳細討論其啟動及并網(wǎng)控制過程。 本文首先分析了光伏電池的物理模型及行為特性模型，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出光伏陣列模型，推導(dǎo)了三相靜止及兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下光伏并網(wǎng)PWM變換器的詳細數(shù)學(xué)模型；分析了MMC換流器基本工作原理及其數(shù)學(xué)模型，MMC-HVDC系統(tǒng)四象限運行原理及其分層控制原理。 其次，本文提出適用于光伏電站并網(wǎng)的模塊化多電平柔性直流換流器啟動控制策略。將啟動過程分為不控整流階段和可控整流階段，在不控整流階段，建立包括限流電阻與最大沖擊電流數(shù)學(xué)關(guān)系在內(nèi)的等效模型，推導(dǎo)出限流電阻的選型依據(jù)；在可控整流階段，提出基于直流電壓斜率控制的充電策略，有效抑制了換流器解鎖瞬間的沖擊電流。給出了光伏接入MMC-HVDC系統(tǒng)啟動控制順控流程。 再次，設(shè)計了光伏接入MMC-HVDC系統(tǒng)并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略。對光伏電站設(shè)計了基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制策略，滿足了單位功率因數(shù)運行和直流電壓恒定的有功無功解耦控制目標(biāo)。根據(jù)光伏電站穩(wěn)態(tài)運行及光照突變時不同外特性，設(shè)計了光伏側(cè)MMC換流器無源電壓跟隨控制器，使其在光伏電站并網(wǎng)過程中呈現(xiàn)理想電壓源特性。對于網(wǎng)側(cè)MMC換流器設(shè)計了定直流電壓無功功率控制策略，完成了對直流電壓和網(wǎng)側(cè)無功功率的控制。 本文在RTLAB實時仿真平臺上搭建了光伏電站經(jīng)MMC-HVDC系統(tǒng)并網(wǎng)模型，對所提控制策略進行了仿真分析，驗證了理論的正確性。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng) MMC-HVDC 啟動控制 并網(wǎng)控制 RTLAB
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM615;TM721.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 課題研究背景11-13
• 1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)方式比較13-17
• 1.2.1 交流并網(wǎng)技術(shù)13-14
• 1.2.2 直流并網(wǎng)技術(shù)14
• 1.2.3 柔性直流并網(wǎng)技術(shù)14-15
• 1.2.4 MMC 并網(wǎng)技術(shù)15-17
• 1.3 MMC-HVDC 系統(tǒng)啟動控制策略研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 課題研究內(nèi)容18-20
• 第2章 光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型20-32
• 2.1 雙級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)20
• 2.2 光伏陣列建模20-26
• 2.2.1 光伏電池物理模型21
• 2.2.2 光伏電池行為模型21-23
• 2.2.3 光伏陣列模型23-26
• 2.3 光伏并網(wǎng)逆變器模型26-31
• 2.3.1 BOOST 電路26-28
• 2.3.2 DC/AC 并網(wǎng)逆變器數(shù)學(xué)模型28-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 MMC-HVDC 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型32-44
• 3.1 MMC 換流器工作原理32-38
• 3.1.1 MMC 換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)32-33
• 3.1.2 SM 子模塊基本工作原理33-35
• 3.1.3 MMC 換流器基本工作原理35-38
• 3.1.4 MMC 換流器數(shù)學(xué)模型38
• 3.2 MMC-HVDC 系統(tǒng)四象限運行原理38-40
• 3.3 MMC-HVDC 系統(tǒng)分層控制原理40-43
• 3.3.1 系統(tǒng)級控制41
• 3.3.2 換流器級控制41-42
• 3.3.3 換流閥級控制42
• 3.3.4 功率模塊級控制42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 光伏接入 MMC-HVDC 系統(tǒng)啟動控制策略44-55
• 4.1 啟動控制目標(biāo)44
• 4.2 啟動控制流程44-47
• 4.3 不控整流充電控制47-51
• 4.3.1 不控整流充電控制模型47-49
• 4.3.2 不控整流階段充電機理49-50
• 4.3.3 限流電阻選型50-51
• 4.4 可控整流控制51-53
• 4.4.1 沖擊電流產(chǎn)生機理51-52
• 4.4.2 GSMMC 解鎖控制52-53
• 4.4.3 PVMMC 解鎖控制53
• 4.5 順控流程53-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第5章 光伏發(fā)電經(jīng) MMC-HVDC 并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略55-62
• 5.1 并網(wǎng)控制目標(biāo)55-56
• 5.2 光伏并網(wǎng)控制策略56-58
• 5.2.1 光伏 DC/DC 換流器控制器56
• 5.2.2 光伏 DC/AC 逆變器控制策略56-58
• 5.3 PVMMC 控制策略58-60
• 5.4 GSMMC 控制策略60-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 第6章 光伏接入 MMC-HVDC 系統(tǒng)仿真62-69
• 6.1 仿真算例簡介62-63
• 6.2 光伏接入 MMC-HVDC 系統(tǒng)的啟動控制策略仿真63-64
• 6.3 光伏接入 MMC-HVDC 系統(tǒng)的并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略仿真64-66
• 6.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真66-68
• 6.5 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻70-75
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75-76
• 致謝76

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