直流混联及控制技术在风电并网中的研究及应用

【摘要】：保证充足可靠的电力供应是促进我国经济社会可持续发展的必要条件。我国的电源结构以火电为主,一方面,火力发电所消耗的化石能源储量有限；另一方面,化石能源的燃烧会给生态环境带来很大危害。因此,以合理的方式、有规划地、尽可能多地在电网中接入以风力发电为代表的新能源,推动我国能源结构的战略性调整势在必行。风电有交流及直流两种并网接入方式；相比于交流接入方式,直流接入方式具有能实现非同步互联、不改变两端交流系统短路容量等优点。现有的直流技术中,VSC-HVDC和LCC-HVDC各具特点,但适用场景有所不同。本文探讨了如何利用由VSC换流站和LCC换流站组成的混联多端直流输电网络来接入大容量风电时所面临的技术问题,针对该系统中各换流站的控制和整个系统的协调控制策略开展研究,主要研究内容包括：1)指出同步逆变器的不足之处,并对其进行改进。经改进后,同步逆变器不仅能够限制其交流侧的输出电流,而且能够在系统发生扰动时,确保所连接电网的功角稳定性和电压稳定性。2)分析、比较了几种多端直流系统的典型协调控制策略：主从控制,电压裕度控制,电压下垂控制；针对含2个LCC换流站和多个VSC换流站、接入大容量风电的直流电网,提出了一种不依赖通信系统的新型多端直流协调控制策略——主动电压反馈控制。3)在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了改进同步逆变器模型。通过仿真指出：改进前的同步逆变器不能实现无差调频,并且在故障情况下容易发生过流；改进后的同步逆变器可以实现二次调频,并且故障情况下能限制其交流电流输出。4)在PSCAD/EMTDC仿真平台中,根据本文提出的主动电压反馈控制策略,搭建了含2个LCC换流站和3个VSC换流站的混联多端直流电网,通过时域仿真验证了系统正常工况下的稳态运行特性,并分析了故障情况下系统的暂态运行特性以及控制环节中关键参数对系统运行状态的影响。 【关键词】：混联直流输电系统 主动电压反馈控制 VSC换流站 LCC换流站 同步逆变器 多端直流 功角稳定性 电压稳定性 二次调频
【学位授予单位】：中国电力科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM61
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 论文的主要工作11-13
• 第二章 高压直流输电系统13-21
• 2.1 LCC换流站和VSC换流站的主电路拓扑结构13-16
• 2.1.1 LCC换流站主电路13-15
• 2.1.2 VSC换流站主电路15-16
• 2.2 LCC-HVDC的工作特性16-18
• 2.3 VSC-HVDC的工作特性18-19
• 2.4 LCC-HVDC和VSC-HVDC的比较19
• 2.5 混联直流输电技术的特点19-20
• 2.6 本章小结20-21
• 第三章 同步逆变器及其改进21-28
• 3.1 背景介绍21
• 3.2 同步逆变器工作原理和特性21-25
• 3.2.1 虚拟同步机模型21-23
• 3.2.2 同步逆变器模型23-25
• 3.3 同步逆变器问题及其改进25-27
• 3.4 本章小结27-28
• 第四章 混联多端直流系统的协调控制28-41
• 4.1 介绍28
• 4.2 主从控制28-29
• 4.3 电压裕度控制29-32
• 4.4 电压下垂控制32
• 4.5 主动电压反馈控制32-40
• 4.5.1 主动电压反馈控制适用场景的形成33-34
• 4.5.2 主动电压反馈控制适用场景的拓扑介绍34-35
• 4.5.3 主动电压反馈控制的基本原理35-38
• 4.5.3.1 海上部分的控制35-36
• 4.5.3.2 陆上部分的控制36-38
• 4.5.4 主动电压反馈控制的核心部分38-39
• 4.5.5 主动电压反馈控制的实施细节39
• 4.5.6 主动电压反馈控制的特点39-40
• 4.6 本章小结40-41
• 第五章 混联多端直流系统的仿真分析41-49
• 5.1 稳态仿真分析41-44
• 5.1.1 改进前后同步逆变器调频能力比较41-42
• 5.1.2 系统经受正常扰动时,主动电压反馈控制的验证42-44
• 5.2 故障仿真分析44-48
• 5.2.1 VSC1交流侧故障44-45
• 5.2.2 GSINV交流侧故障45-46
• 5.2.3 GSREC交流侧故障46-47
• 5.2.4 直流线路故障47-48
• 5.3 本章小结48-49
• 第六章 总结与展望49-50
• 6.1 总结49
• 6.2 后续工作展望49-50
• 参考文献50-54
• 致谢54-55
• 攻读学位期间取得的研究成果55

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