新能源发电外送直流输电系统送端并网稳定性研究

发布时间：2020-03-18 08:34

【摘要】：随着人类社会和科技的发展,传统的化石能源难以满足未来继续发展的需求,人们逐渐把目光放在太阳能、风能、生物质能等新能源的开发与利用上。在我国,“三北”地区有着极为丰富的风力资源,但是当地负荷无法消耗这些能源,而如长三角地区等经济中心急需能源供给,所以电能大规模的转移与调配在我国至关重要。高压直流输电系统由于其低功率损耗的优势成为我国能源调配的主要形式。采用晶闸管的线换相型高压直流输电系统(LCC-HVDC)系统凭借良好的可靠性在国内外广泛用于高压和特高压直流输电工程中。在HVDC系统中,由外界输入功率的一端为送端,为负荷提供功率的一端为受端。一般情况下,送端可以正常并入交流电网,但随着大规模新能源发电基地并入交流电网,等效电网阻抗增大,电网强度减弱,HVDC系统极有可能出现谐波不稳定等一系列问题,甚至影响新能源发电基地的运行。一般的准稳态模型只能分析稳态情况下的HVDC系统小信号扰动,无法找到HVDC系统与电网阻抗潜在的谐振点。然而,阻抗模型物理概念清晰,常于用于频率分析,借助控制理论的稳定性判据能够找到并网系统的谐振点。因此,有必要从阻抗分析的角度研究并网系统的稳定性。而且在HVDC系统发生换相失败时,系统等效阻抗的变化有可能使得原本稳定的系统失稳。针对这些问题,本文做了以下研究:1)HVDC系统功能和控制方式的设计会显著影响系统阻抗的变化。本文首先分析了LCC-HVDC系统的控制方式的异同与相互配合。之后选取送端采用定电流和最小触发角控制而受端采用定电压的控制策略,并得到整个系统的外特性曲线方程,用于建立阻抗模型。2)世界上所有投入运行的LCC-HVDC系统绝大多数均以6脉动换流器为最基本单元。为了分析HVDC系统送端并网稳定性,本文首先根据开关函数理论和调制理论建立了理想的6脉动整流器的输入阻抗模型,并进一步根据之前选择的控制方式对阻抗模型进行修正,得到最终的HVDC系统送端的输入阻抗模型。3)在得到HVDC系统送端输入阻抗模型之后,本文利用基于阻抗比的奈奎斯特稳定判据进行了HVDC系统送端并网稳定性研究。通过使用该分析方法,可以准确有效的找出不同的送端控制参数产生的谐振频率,在设计参数时可以避免产生谐振频率点,保持并网系统的稳定。4)交流系统和直流系统发生短路接地故障会分别使交流电压下降和直流电流上升,均有可能引起逆变器换相失败。本文分析了发生单次换相失败过程中直流系统等效阻抗的变化,该阻抗的变动会进一步导致HVDC系统送端输入阻抗发生变化,有可能会与电网阻抗产生新的谐振点。5)所有的模型、控制方式和分析方法都经过了仿真验证。
【图文】：

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图 1-1 2007-2017 中国风力发电装机容量所有投入利用的可再生能源中，风能发电在中国广泛被使用。风能的转换，具有储量大、分布范围广和清洁可再生等明显优势，生能源。图1-1为全球风能理事会发布的至2017年为止，中国风力数据[2]。根据IEA 2017年的世界能源展望，中国的风电装机容量[3]。

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[3]。根据国家十三五规划，如图1-2所示，2020年我国风电/光伏装机容量将达到3.2亿千瓦，其中2亿千瓦位于“三北”（东北、华北、西北）地区，，本地负荷无法消耗掉如此大量的电能，而华东、华南地区急需电能以满足自身的高负荷。为实现能源的经济合理调配，远距离跨区域电能输送至关重要。高压直流输电因其技术上的优
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM721.1;TM712

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