本文關鍵詞： 風力發(fā)電 多端柔性直流輸電 交直流混合輸電 頻率輔助控制 模擬電源控制 雙模式控制　出處：《華南理工大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：石油、天然氣、煤炭等常規(guī)能源資源緊缺且污染環(huán)境。作為技術相對成熟的可再生能源，風能的開發(fā)利用已成為許多國家實現新能源發(fā)展目標的主要政策。在新能源政策的推動下，風電已經快速發(fā)展且在電網中的容量不斷地增長。與此同時，風電場由小規(guī)模向大型化發(fā)展，單一風電場裝機容量由幾十兆瓦增長到幾百，甚至上千兆瓦。大型風電場大多遠離負荷中心，需要通過遠距離輸電集中接入電網。而風電出力具有很強的波動性與間歇性，大型風電場經交流線路接入電網的穩(wěn)定性和可靠性受到電網擾動和電壓支撐能力的影響，風電的遠距離輸送能力已經成為制約風力發(fā)電發(fā)展的瓶頸之一。 基于電壓源換流器(voltage source converter, VSC)的柔性直流輸電可以實現有功功率和無功功率的獨立控制，具有很強的輸電靈活性，是實現大型風電場與電網穩(wěn)定連接的最有潛力的電力傳輸方式。但是常規(guī)柔性直流輸電系統(tǒng)采用定功率(或定電流)控制方式，難以適應風電場功率波動和頻率隨動的特性。為實現高效率和高可靠性的大型風電場的電網接入，需要對雙端和多端柔性直流輸電的控制策略開展創(chuàng)新性的研究。 論文首先建立了兩種典型風電機組，包括鼠籠式感應發(fā)電機(SCIG)和雙饋感應發(fā)電機(DFIG)的詳細電磁暫態(tài)模型，并在PSCAD/EMTDC下仿真驗證了模型的有效性，得到了機組的運行特性。根據風電場柔性直流輸電并網研究的需要，給出了風電場的單機等值建模方法。 論文第三章建立了柔性直流輸電系統(tǒng)在abc坐標系下的詳細數學模型，然后導出了其在dq0旋轉坐標系下的數學模型。并在此基礎上，對基于二極管箝位型多電平電壓源換流器和模塊化多電平(MMC)型電壓源換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)進行建模和仿真研究。 針對柔性直流輸電系統(tǒng)的非線性特性，論文提出了兩種柔性直流輸電的非線性解耦控制方法：一種是基于EL (Euler-Lagrange)模型的柔性直流輸電的非線性解耦控制�；趽Q流器的能量耗散性，采用狀態(tài)誤差構造能量存儲函數并以誤差存儲函數為Lyapunov函數，通過注入阻尼使系統(tǒng)快速收斂到期望穩(wěn)定平衡點。根據誤差存儲函數的收斂條件設計了換流器的無源控制器，實現了各變量的解耦控制；另一種是基于PCHD模型的柔性直流輸電魯棒控制�；诙丝谑芸睾纳⒐軤栴D(PCHD)方程建立了換流器的PCHD模型，，證明了換流器的嚴格無源性。通過配置連接矩陣與阻尼矩陣構造期望能量函數并確立為Lyapunov函數。通過注入阻尼矩陣消除了換流器直流側等效電阻對系統(tǒng)的影響。由期望平衡點、狀態(tài)變量及互聯和阻尼分配無源性(IDA-PB)控制原理設計了換流器的IDA-PB控制器。兩種控制策略均在不同的運行條件下用PSCAD/EMTDC軟件進行了仿真驗證，結果表明所提出的控制策略具有良好的動、靜態(tài)性能和魯棒性。 對于換流器級控制，基于電壓矢量定向直接電流控制方法提出了一種定有功功率與頻率輔助控制策略，適合于風電經交直流并聯接入電網場合。針對風電經純柔性直流并網場合，設計了一種新的柔性直流控制方法。該方法將風電場電壓源換流器系統(tǒng)側交流母線控制為定交流電壓幅值、頻率和相角的擬無窮大電源點，實現了有功功率的隨動控制。兩種策略均適用于多端柔性直流并網控制。針對多個孤島風電場經多端柔性直流輸電并網方式應用了一種星形拓撲結構，拓撲結構中將其中一端風電場電壓源換流器直流母線作為匯流點，共用一條直流通道輸電。不同運行條件下的仿真結果驗證了上述控制方案的有效性與正確性以及拓撲結構的可行性。 為提高風電場交直流混合輸電并網的系統(tǒng)性能，論文第六章提出了一種更加靈活的新型VSC-HVDC雙模式控制策略。針對風電場側電壓源換流器設計的新型交流電壓－功角控制策略能適應風電交直流并聯并網和純直流并網兩種輸電模式，在交流故障引起的模式變化中無需切換控制策略。在交直流混合輸電模式下，該控制策略通過調節(jié)風電場交流母線電壓與電壓源換流器輸出電壓間的功角調節(jié)有功功率。在純柔性直流輸電模式，可自動轉換為整流站交流母線擬無窮大電源模式，實現了對波動風電的同步輸送。另外，通過附加電流高通濾波器增強了對系統(tǒng)諧振的阻尼作用。對電網側電壓源換流器采用了一種新的直接電流矢量控制，使直流電壓穩(wěn)定在參考值上。運用PSCAD/EMTDC仿真軟件對分別接入籠型感應發(fā)電機風電場和雙饋感應發(fā)電機風電場的交直流混合輸電系統(tǒng)建模仿真。在一系列運行條件下的仿真驗證了所提控制策略的有效性與可行性。 最后，以南澳島風電場多端交直流混合輸電工程為應用對象，對論文提出的雙模式控制策略進行了仿真，驗證了策略的有效性。 論文成果對用于風電并網的雙端和多端柔性直流輸電控制策略設計和優(yōu)化具有良好的指導意義和參考價值。
[Abstract]:As a relatively mature renewable energy source , the utilization and utilization of wind energy has become the main policy for many countries to achieve the goal of new energy development . Flexible DC power transmission based on voltage source converter ( VSC ) can realize the independent control of active power and reactive power , and has strong transmission flexibility . It is the most potential power transmission way to realize stable connection between large wind farm and power grid . However , the conventional flexible direct current transmission system adopts constant power ( or constant current ) control mode , it is difficult to adapt to the characteristics of power fluctuation and frequency follow - up of wind farm . In this paper , two typical wind turbine units , including squirrel - cage induction generator ( SCIG ) and double - fed induction generator ( DFIG ) , are established , and the effectiveness of the model is verified by simulation under PSCAD / EMTDC . In chapter 3 , a detailed mathematical model of the flexible DC power transmission system in the abc coordinate system is established , then the mathematical model of the flexible DC power transmission system in the rotating coordinate system of dq0 is derived . On this basis , the flexible DC power transmission system based on the diode clamped multilevel voltage source converter and the modular multilevel ( MMC ) type voltage source converter is modeled and simulated . In this paper , the nonlinear decoupling control method for flexible DC power transmission system is presented in this paper . Based on the energy dissipation of the inverter , the energy storage function is constructed based on the state error and the error storage function is used as the Lyapunov function . The inverter ' s IDA - PB controller is designed based on the convergence condition of the error storage function . The simulation results are simulated by using the PSCAD / EMTDC software under different operating conditions . The results show that the proposed control strategy has good dynamic , static performance and robustness . A new flexible direct current control method is proposed based on direct current control based on direct current control based on voltage vector control . A new flexible direct current control method is proposed in this paper . In this way , a new flexible DC control method is designed for the direct current grid with AC voltage amplitude , frequency and phase angle . The method applies one end wind farm voltage source converter DC bus as bus point and common one DC channel . The simulation results under different operating conditions verify the validity and correctness of the control scheme and the feasibility of topology . In order to improve the system performance of AC / DC hybrid transmission grid , a novel VSC - HVDC dual - mode control strategy is proposed in chapter 6 . A new type of AC voltage - work angle control strategy for wind farm side voltage source converter is proposed , which can adjust the active power by adjusting the power angle between the AC bus voltage of the wind farm and the output voltage of the voltage source converter . Finally , based on the multi - terminal AC / DC hybrid transmission project of Nan ' ao Island , the double - mode control strategy is simulated and the effectiveness of the strategy is verified . The results of this paper have good guiding significance and reference value to the design and optimization of double - end and multi - terminal flexible direct current transmission control strategy for wind power grid .

【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM721.1;TM614

【參考文獻】

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本文編號：1531745