【摘要】：風(fēng)能是一種清潔友好的新能源,在世界范圍內(nèi)得到迅速推廣使用。近幾年來,海上風(fēng)電發(fā)展迅速,前景廣闊。在電能傳輸方面,以全控型器件為代表的高壓柔性直流輸電(VSC-HVDC)系統(tǒng)成為海上風(fēng)電的主要輸電方式。目前,應(yīng)用于海上風(fēng)電高壓柔性直流輸電的雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)存在諸多缺陷,制約了海上風(fēng)電的健康發(fā)展,為此本實(shí)驗(yàn)室提出了一種適應(yīng)于海上風(fēng)電發(fā)展的新型高壓柔性直流輸電雙饋型風(fēng)電系統(tǒng),本文對此新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的送端站及受端站變流器展開了相關(guān)研究。首先,采用雙向Buck/Boost電路為送端站變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),詳細(xì)分析了送端站變流器的工作原理,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了理論推導(dǎo)建立了數(shù)學(xué)模型;同時對送端站變流器的雙閉環(huán)控制策略進(jìn)行了研究,并在Matlab/Simulink平臺上搭建送端站變流器的整體仿真模型,進(jìn)行仿真研究,結(jié)果表明達(dá)到預(yù)期控制要求。結(jié)合主要性能參數(shù)設(shè)計了一套3kW送端站變流器樣機(jī),依托實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對所設(shè)計的送端站變流器進(jìn)行了驗(yàn)證。其次,對受端站變流器進(jìn)行了研究。選擇兩電平電壓源變流器(VSC)為受端站變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。重點(diǎn)介紹了受端站變流器的工作原理,建立了受端站變流器數(shù)學(xué)模型,選擇基于電網(wǎng)電壓定向控制作為受端站變流器控制策略,并對電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)控制器的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)分析,開展Matlab仿真研究,從理論上驗(yàn)證了控制策略的可行性。設(shè)計了一套5kW受端站變流器,并依托實(shí)驗(yàn)平臺,分別按離網(wǎng)、并網(wǎng)以及整流不同工況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后,通過分析新型海上風(fēng)電高壓柔性直流輸電系統(tǒng)的工作過程,確定了送端站及受端站變流器協(xié)同控制目標(biāo),搭建了送端站及受端站變流器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺,對送端站及受端站變流器系統(tǒng)的協(xié)同控制進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了整套系統(tǒng)的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM721.1
【圖文】：

(3) 提高現(xiàn)有交流系統(tǒng)的輸電能力和穩(wěn)定性。利用柔性直流輸電具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)，利用直流輸電調(diào)節(jié)作用能提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(4) 事故后迅速恢復(fù)供電和黑啟動。(5) 可以向無源電網(wǎng)供電。電壓源換流器電流可以自動關(guān)閉，工作在無源逆變狀態(tài)，并且沒有換向故障。不需要額外的換向電壓，并且接收端系統(tǒng)可以是無源系統(tǒng)。(6) 此外還具有設(shè)計靈活、大部分設(shè)備安裝在戶內(nèi)，不影響環(huán)境景觀、施工工期短等優(yōu)點(diǎn)[12]�；谌嵝灾绷鬏旊姷娘L(fēng)電機(jī)組集中控制并網(wǎng)是目前海上風(fēng)電場電能直流輸送的普遍應(yīng)用方案[13]。如圖 1-1 所示，風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生交流電由升壓變流器升壓后匯集到高壓交流母線，送端站變流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)海下電纜完成遠(yuǎn)距離直流輸電，由受端站變流器完成交流并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能到電能的合理利用。目前 DFIG 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般通過定子輸出的交流電經(jīng)裝在箱式變電站中的升壓變壓器升壓后匯至交流母線并網(wǎng)，同時通過交直交變頻器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與定子相連，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子側(cè)能量的雙向傳輸。其缺點(diǎn)是：交流電壓輸出等級低，需要工頻變壓器、箱式變電站，占地面積大，成本高，并且交流電網(wǎng)控制較為困難，制約著海上風(fēng)電的發(fā)展。

圖 1-2 新型柔性直流輸電系統(tǒng)并網(wǎng)方案結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)勢：代傳統(tǒng)的交直交變流器變頻、經(jīng)變壓器升壓、再經(jīng)變流器整流的運(yùn)器，占地面積小，損耗低，重量輕，尤其適合海上風(fēng)電的發(fā)展，為本棄雙饋型風(fēng)電機(jī)組傳統(tǒng)的恒頻恒壓運(yùn)行機(jī)制，定子輸出的交流電可以靈活。于采用新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使定子與電網(wǎng)脫離，從而克服了傳統(tǒng)雙饋型入電網(wǎng)諧波含量大、電網(wǎng)故障時發(fā)電機(jī)組及變流器功率器件易損

圖 1-2 新型柔性直流輸電系統(tǒng)并網(wǎng)方案該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)勢：(1) 取代傳統(tǒng)的交直交變流器變頻、經(jīng)變壓器升壓、再經(jīng)變流器整流的運(yùn)行方式，無需升壓變壓器，占地面積小，損耗低，重量輕，尤其適合海上風(fēng)電的發(fā)展，為本項目首創(chuàng)。(2) 擯棄雙饋型風(fēng)電機(jī)組傳統(tǒng)的恒頻恒壓運(yùn)行機(jī)制，定子輸出的交流電可以變頻變壓，控制更簡單靈活。(3) 由于采用新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使定子與電網(wǎng)脫離，從而克服了傳統(tǒng)雙饋型風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)存在的注入電網(wǎng)諧波含量大、電網(wǎng)故障時發(fā)電機(jī)組及變流器功率器件易損壞的固有缺陷。

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本文編號：2792766