柔性直流输电技术在风电并网中的应用研究

【摘要】：随着能源与环境问题日益突出，开发新型可再生能源是实现人类社会可持续发展的必要途径。风力发电作为一种极具开发潜力的新型绿色能源，自上世纪至今一直都是国内外学者研究的重点。随着风力发电技术的不断成熟，越来越多的海上风电并网工程应用实施，风能的开发利用开始由陆上向海上转移。然而，由于海上风力发电存在距离远、输出随机等特点，选择合适的并网方式非常重要。柔性直流输电采用全控型电力电子器件和PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）技术，可以实现有功功率和无功功率的独立解耦控制，且不需要站间通信。因此，在新能源如风力发电、太阳能发电等并网中，具有很好的应用前景。本文对用于海上风电场并网的柔性直流输电技术进行了研究，主要内容包括： （1）双馈风力发电机的运行机理,包括最大风能捕获、数学模型、基于定子磁链定向的矢量控制策略等。并在MATLAB/SIMUlink中建立了仿真模型，研究了不同风力状况下双馈风力发电机的输出特性。 （2）介绍了柔性直流输电的基本原理及其拓扑结构，建立了柔性直流输电的数学模型，在此基础上提出了基于内环控制回路和外环控制回路的矢量控制策略，并对外环控制器中定直流电压、定有功功率、定无功功率、定交流电压、定频率控制器进行了设计，同时分析了内环控制回路d-q轴电流解耦控制方法。 （3）研究了柔性直流输电与海上风电场并网的协调控制。针对风电场输出特性，提出了海上送端站采用定有功功率和定交流电压的控制策略，陆上受端站采用定直流电压和定无功功率的控制策略，并对两端换流站的控制结构进行了设计。在MATLAB/SIMUlink中建立了仿真模型，研究了不同状况并网系统的动态响应特性，仿真结果证明了该系统在改善风电场输出，维持电压稳定，增强系统抗干扰性，以及故障恢复方面具有良好的性能。 【关键词】：风力发电 柔性直流输电 双馈风力发电机 海上风电场并网 矢量控制
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM721.1;TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题背景10-12
• 1.2 柔性直流输电技术发展概况12-14
• 1.2.1 柔性直流输电技术特点12-13
• 1.2.2 现有柔性直流输电风电并网工程13
• 1.2.3 柔性直流输电技术研究现状13-14
• 1.3 风力发电技术概况14-17
• 1.3.1 风力机组技术现状14-15
• 1.3.2 风力发电技术现状15-17
• 1.4 风电并网连接方式对比17-19
• 1.5 本文主要工作19-20
• 第二章 双馈风力发电机运行特性研究20-34
• 2.1 风力机运行特性20-23
• 2.1.1 风速模型20-21
• 2.1.2 风力机运行特性21
• 2.1.3 风力机的功率特性21-22
• 2.1.4 风力机的最大风能追踪控制22-23
• 2.2 DFI G 的等效电路图23-24
• 2.3 三相静止坐标下的数学模型24-25
• 2.4 dq坐标变换25-27
• 2.5 dq坐标系下 DFIG 数学模型27-28
• 2.6 DFI G 定子磁链定向28-29
• 2.7 DFI G 矢量控制策略29-30
• 2.8 DFI G 运行特性仿真30-33
• 2.9 本章小结33-34
• 第三章 柔性直流输电系统数学模型及其控制研究34-45
• 3.1 柔性直流输电技术基本原理34-35
• 3.2 PWM 脉宽调制技术35-36
• 3.3 柔性直流输电系统数学模型36-38
• 3.4 柔性直流输电控制系统38-39
• 3.4.1 柔性直流输电基本控制方式38-39
• 3.5 柔性直流输电系统控制器设计39-43
• 3.5.1 外环控制回路39-42
• 3.5.2 内环控制回路42-43
• 3.6 锁相环（PLL）43-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第四章 海上风电场与柔性直流输电系统协调控制45-58
• 4.1 海上风电场并网系统结构45
• 4.2 海上并网风电场电压稳定性分析45-46
• 4.3 控制目标和控制策略46-47
• 4.4 并网系统仿真及其分析47-57
• 4.4.1 不同风速条件下并网系统仿真48-52
• 4.4.2 风电场交流母线电压发生跌落时的仿真52-53
• 4.4.3 陆上交流电网故障时的仿真53-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 总结与展望58-60
• 5.1 总结58-59
• 5.2 展望59-60
• 参考文献60-65
• 致谢65-66
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文66

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