【摘要】：隨著風電場大規(guī)模集中式并入電網(wǎng),加上風能具有一定的波動性、隨機性和間歇性,處于配電網(wǎng)線路末端和風電場接入處的并網(wǎng)點的電壓穩(wěn)定性受到挑戰(zhàn)。電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定取決于其無功功率的平衡,而含風力發(fā)電的電網(wǎng)無功會受風速變化、節(jié)點負荷變化這種小擾動和斷線、短路這種大擾動影響。系統(tǒng)的無功受影響時,無功補償裝置的存在就十分重要,其中體積小、響應快的STATCOM備受關注,而適用于高壓大功率場合、易擴展和維護、諧波特性好的模塊化多電平變換器(MMC)是STATCOM拓撲的研究熱點。本文首先解釋了兩類風力發(fā)電機的發(fā)電原理,從電力系統(tǒng)有功功率-電壓(P-V)曲線分析了無功補償裝置對電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的好處,從異步發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線分析了無功補償裝置在電網(wǎng)短路故障時對其暫態(tài)穩(wěn)定性的提升。分析了STATCOM的補償原理和MMC的工作原理,借鑒三相兩電平VSC的建模方法對MMC-STATCOM進行建模,得到其在連續(xù)域里經(jīng)Park變換后同步旋轉(zhuǎn)dq坐標系下的數(shù)學模型和經(jīng)過狀態(tài)反饋交叉解耦后的控制方程。設計了結(jié)合載波移相脈寬調(diào)制(CPS-PWM)的電壓電流雙閉環(huán)策略作為基本控制策略,內(nèi)環(huán)的無功指令提取基于瞬時無功功率理論。設計了橋臂電容電壓均衡控制和子模塊電容電壓均衡控制以輔助電壓外環(huán)平衡所有模塊的電容電壓。設計了重復控制器提高信號跟蹤效果。在Matlab/Simulink仿真平臺里搭建了三相3MVar、48模塊的MMC-STATCOM用于補償含風電場電網(wǎng)的無功,在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時、風速變化時、負荷擾動時和負載不平衡時都有幫助。特別是短路故障時,裝置能提供故障清除后電機所需的大量無功來重建磁場,恢復機端電壓,從而幫助電力系統(tǒng)恢復穩(wěn)定,提高風機的低電壓穿越能力。最后,搭建了三相66 V/2 kVar、12模塊的多DSP上下分層控制的樣機驗證了MMC-STATCOM的基本無功補償能力、無功連續(xù)調(diào)節(jié)能力、負荷擾動抑制能力和負序補償能力。
【圖文】：

0.10.20.30.40.50.60.70.80.91-1 0 1 2 3 40.625并網(wǎng)點電壓(p.u.)時間 (t/s)圖1-2 中國風電機組低電壓穿越標準1.2.1 風電場無功補償研究現(xiàn)狀為了解決電力系統(tǒng)無功功率的平衡問題，無功補償裝置誕生。從最原始的無功裝置到如今，大致經(jīng)過了并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機、靜止無功補償裝置和靜止同步補償裝置四個歷史階段[7,8]。

SMSMNSMLSMLLfLLLab cianibnicnUdSMSM SMSM SMfff ffapnbpncpnan1ann cnnbn1cn1bnn圖 2-6 MMC 的拓撲結(jié)構元通常采用半橋結(jié)構，可看作一個可控的電壓二極管。通過控制開關管的導通和關斷，即常的工作狀態(tài)有 3 種：T1開通，T2關斷，此時子模塊輸出電壓 UABT1關斷，T2開通，，此時輸出電壓為 UAB= 0，T1和 T2均關斷。一般在初始化啟動和故障時
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM614

【參考文獻】

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本文編號：2643538