风电场并网电压波动抑制的MMC-STATCOM研究

发布时间：2020-04-28 13:53

【摘要】：随着风电场大规模集中式并入电网,加上风能具有一定的波动性、随机性和间歇性,处于配电网线路末端和风电场接入处的并网点的电压稳定性受到挑战。电网电压的稳定取决于其无功功率的平衡,而含风力发电的电网无功会受风速变化、节点负荷变化这种小扰动和断线、短路这种大扰动影响。系统的无功受影响时,无功补偿装置的存在就十分重要,其中体积小、响应快的STATCOM备受关注,而适用于高压大功率场合、易扩展和维护、谐波特性好的模块化多电平变换器(MMC)是STATCOM拓扑的研究热点。本文首先解释了两类风力发电机的发电原理,从电力系统有功功率-电压(P-V)曲线分析了无功补偿装置对电力系统静态稳定性的好处,从异步发电机电磁转矩-转速特性曲线分析了无功补偿装置在电网短路故障时对其暂态稳定性的提升。分析了STATCOM的补偿原理和MMC的工作原理,借鉴三相两电平VSC的建模方法对MMC-STATCOM进行建模,得到其在连续域里经Park变换后同步旋转dq坐标系下的数学模型和经过状态反馈交叉解耦后的控制方程。设计了结合载波移相脉宽调制(CPS-PWM)的电压电流双闭环策略作为基本控制策略,内环的无功指令提取基于瞬时无功功率理论。设计了桥臂电容电压均衡控制和子模块电容电压均衡控制以辅助电压外环平衡所有模块的电容电压。设计了重复控制器提高信号跟踪效果。在Matlab/Simulink仿真平台里搭建了三相3MVar、48模块的MMC-STATCOM用于补偿含风电场电网的无功,在系统稳态时、风速变化时、负荷扰动时和负载不平衡时都有帮助。特别是短路故障时,装置能提供故障清除后电机所需的大量无功来重建磁场,恢复机端电压,从而帮助电力系统恢复稳定,提高风机的低电压穿越能力。最后,搭建了三相66 V/2 kVar、12模块的多DSP上下分层控制的样机验证了MMC-STATCOM的基本无功补偿能力、无功连续调节能力、负荷扰动抑制能力和负序补偿能力。
【图文】：

0.10.20.30.40.50.60.70.80.91-1 0 1 2 3 40.625并网点电压(p.u.)时间 (t/s)图1-2 中国风电机组低电压穿越标准1.2.1 风电场无功补偿研究现状为了解决电力系统无功功率的平衡问题，无功补偿装置诞生。从最原始的无功装置到如今，大致经过了并联电容器、同步调相机、静止无功补偿装置和静止同步补偿装置四个历史阶段[7,8]。

SMSMNSMLSMLLfLLLab cianibnicnUdSMSM SMSM SMfff ffapnbpncpnan1ann cnnbn1cn1bnn图 2-6 MMC 的拓扑结构元通常采用半桥结构，可看作一个可控的电压二极管。通过控制开关管的导通和关断，即常的工作状态有 3 种：T1开通，T2关断，此时子模块输出电压 UABT1关断，T2开通，，此时输出电压为 UAB= 0，T1和 T2均关断。一般在初始化启动和故障时
【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】：TM614

【参考文献】

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本文编号：2643538