海上风电经混合直流输电送出的特性研究

【摘要】：传统高压直流输电(LCC-HVDC)方式因其具有大功率远距离输电的特点已获得广泛应用,然而由于采用的是半控电力电子器件,系统在运行中会吸收大量的无功功率,且易发生换相失败。随着电力电子器件的发展,轻型直流输电(VSC-HVDC)显示出了功率可以独立调控的特点,可以向弱系统或无源网络供电,但换流器造价较高。将传统高压直流输电和轻型直流输电结合起来的混合直流输电,具有电压源换流器的独立控制有功和无功功率等优点,也能保证相对轻型直流输电更好的经济性。混合直流输电适用于新能源并网领域中,本文针对风力发电,首先提出了基于直驱风机(direct-drive permanent magnet synchronous generators)的海上风电经混合直流输电送出的拓扑结构：风电场侧换流器为电网换相换流器(Line-Commutated-Converter,LCC),网侧换流器为电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC),并对此模型在PSCAD仿真软件中进行了故障分析,在所有的故障情况下系统皆能在故障消失后恢复正常运行。针对双馈风机,提出了基于双馈风机(double fed induction generator,DFIG)的海上风电经混合直流输电送出的拓扑结构：风电场侧换流器为电压源换流器,网侧换流器为电网换相换流器。基于上述拓扑提出了输电系统能够最大程度将风能送到电网的协调控制策略,由于逆变侧为LCC,易发生换相失败,提出逆变侧为弱系统时发生接地故障时减少换相失败次数的改进控制策略。最后在PSCAD仿真软件中模拟了基于DFIG的海上风电利用混合直流送出电能,仿真结果验证了网侧换流站控制系统的良好的功率跟踪能力以及在交流侧故障时改进控制策略能够抑制换相失败的次数。这两种风电送出的结构,能够很好的综合传统直流和轻型直流的优点,对于海上风电的直流送出有很好的应用前景。 【关键词】：混合 高压直流 直驱风机 双馈风机 电网换相换流器 电压源型换流器
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM721.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 概述9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 混合直流输电的拓扑结构11-13
• 1.2.2 风电经混合直流输电的研究现状13-14
• 1.3 混合直流输电系统的适用范围14-15
• 1.4 混合直流输电系统的应用实例15-16
• 1.5 本课题的主要研究内容16-18
• 第2章 两端混合直流输电技术的结构和控制原理18-23
• 2.1 两端混合直流输电的结构18-19
• 2.2 混合直流输电的控制19-22
• 2.2.1 混合直流输电系统的基本控制策略20
• 2.2.2 混合直流输电系统的故障与保护20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 基于直驱风机的海上风电经混合直流送出23-36
• 3.1 直驱风机23-26
• 3.1.1 直驱风机的结构23-24
• 3.1.2 直驱风机的数学模型24-26
• 3.2 混合直流输电的结构与基本原理26-28
• 3.3 基于直驱风机的海上风电经混合直流送出的拓扑28
• 3.4 基于直驱风机的海上风电经直流送出系统的控制策略28-30
• 3.4.1 直驱风机背靠背换流器的控制策略28-29
• 3.4.2 LCC的控制策略29
• 3.4.3 VSC的控制策略29-30
• 3.5 仿真分析30-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 基于双馈风机的海上风电经混合直流输电送出36-52
• 4.1 双馈风机36-37
• 4.2 基于双馈风机的海上风电经混合直流送出的拓扑37-38
• 4.3 基于双馈风机的海上风电经混合直流送出系统的数学模型38-40
• 4.4 基于双馈风机的海上风电经混合直流送出系统的基本控制策略40-44
• 4.4.1 双馈风机背靠背换流器的控制40-43
• 4.4.2 直流输电系统整流器的基本控制43
• 4.4.3 直流输电系统逆变器的基本控制43-44
• 4.5 逆变侧发生交流接地故障时直流系统的改进控制策略44-47
• 4.6 仿真验证及分析47-51
• 4.6.1 风速变化的仿真47-48
• 4.6.2 受端交流侧发生接地故障48-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第5章 结论与展望52-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果58-59
• 致谢59-60
• 作者简介60

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