双馈风电场经MMC-HVDC并网的启动及无功控制研究
发布时间：2021-02-12 02:54
近年来,风力发电技术日益先进,风电场的规模也日益增大,但一些问题也随之显现出来。海上风电场和一些偏远地区的风电场发出的电能不能就地消纳,需要将电能输送到用电量大的地区,研究如何高效率地将大规模风电场并网外送是亟待解决的一个难题。模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）具有制造难度低、谐波含量少、有功和无功解耦等优点,已成为一种理想的大型远距离风电场并网方式。双馈感应发电机（doubly-fed induction generation,DFIG）的风机体积小、成本低,是目前最为广泛应用的风力发电机之一。本文针对双馈风电场经MMC-HVDC并网系统,开展了有关启动和无功控制两个方面的工作。MMC-HVDC系统可以正常工作的前提条件是其子模块电容电压保持稳定。但当发生故障导致MMC-HVDC停运后,子模块电压降为零,此时需要对子模块电容进行充电。然而在此过程中,会产生一个较大的冲击电流,并伴随过电压,提出一种新的方法抑制此冲击电流具有重要的工程价值。此外,DFIG风机和MMC变换器可以提供无功功率,研究如何协调分配风机转子侧变换器、网侧变换器和...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?２００８年至２０１８年我国风电装机容量变化??２０１９年４月份，中国风能协会发布了《２０１８年中国风电吊装容量统计简报》
山东大学硕士学位论文??第二章双馈风电场经ＭＭＣ－ＨＶＤＣ并网系统建模研究??ＤＦＩＧ风电场经ＭＭＣ－ＨＶＤＣ并网外送电能有很多优势，其中包括提高ＤＦＩＧ??风电场的电压稳定性。由于ＭＭＣ－ＨＶＤＣ将ＤＦＩＧ风场和外部电网隔开，故减少了??电网发生故障时对ＤＦ１Ｇ风电场的扰动。本章将介绍ＤＦＩＧ和ＭＭＣ的工作原理，??建立数学模型，研宄各变换器的控制策略，为下文奠定基矗??２．１双馈风力发电机简介??２．１．丨双馈风力发电机工作原理??图２－丨为ＤＦ１Ｇ的结构图，主要由四部分组成，分别是风力机、齿轮箱、双馈??异步发电机、励磁变换器。??当风速达到一定值时，ＤＦＩＧ的风力机启动，将风能转化为机械能。由于风力??机的转速较小，所以为了提升速度、减小发电机的体积，双馈异步风机装设了齿轮??箱。异步发电机被机械能带动，电能产生，并输送到外部电网，最终实现了风力发??电．双ＰＷＭ变换器按照各自所在的位置命名，“转子侧变换器”顾名思义指与??ＤＦＩＧ风机转子绕组相连的变换器；“网侧变换器”顾名思义则指得与外电网相连??的变换器。双ＰＷＭ变换器各司其职，是实现对ＤＨＧ控制的主要器件。另外，在??实际应用时，为了避免高频谐波流入外电网，一般会在网侧变换器连接外部电网的??地方设置一个滤波器。??风力机??Ａ?异步发电机??齿轮柏外部电网??ｕ麵自?４甲ｓ??转子侧变换器?Ｍ侧变换器?＋??一」令＃々???双ＰＷＭ变换器??图２－１双馈风力发电机结构图??为了进一步说明双馈风力发电机的工作原理，给出了图２－２?ＤＦＩＧ变速恒频工??９??
山东大学硕士学位论文??作原理框图。??外部电网??Ａ??ｎ＇．?Ｌｉ??ｖ｜￣￣七——ｊ—｜—?励磁变换器????Ｊ?＾￣＾??风力机?异步发电机??图２－２?ＤＦＩＧ变速恒频工作原理框图??发电机的机电能量得以有效转化存在一个必要条件，即定子旋转磁场等于转??子旋转磁场，故各转速之间存在式（２－１）的关系：??ｎｘ?＝ｎ２?＋ｎｒ?（２－１）??式中：??转子转速；定子磁场同步转速；ｎ２：转子旋转磁场相对于转子本身的??转速。??因为乂?／６０及／２?／６０，故有：??—?＋?ｆ２＝ｆ，?（２－２）??６０?２?１??式中：??发电机极对数；乂、／２?：定、转子电流频率。??通过上面公式可知，ＤＨＧ可以运行在变速恒频状态的主要原因是／２是可调节??的，当转速变化时，调节／２，使得公式（２－２）得以成立，那么就可以保证乂一直??等于５０Ｈｚ。??由于／２可以调节，ＤＦＩＧ可运行在不同的状态。第一种状态：同步运行状态，??此时／２＝〇，转子绕组与电网无功率交换；第二种状态：亚同步状态，此时／２＞〇，??为了维持稳定运行，从电网输入一部分功率到转子绕组；第三种状态：超同步状态，??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种抑制PWM整流器起动冲击电流的缓给定方法[J]. 刘博,贲洪奇,白银龙. 电工技术学报. 2018(12)
[2]适用于风电并网的模块化多电平柔性直流启动控制技术[J]. 刁冠勋,李文津,汤广福,赵东来. 电力系统自动化. 2015(05)
[3]双馈型风电场参与电压无功调节的分层控制方案[J]. 刘皓明,唐俏俏,朱凌志,赵大伟,李晨晨,石磊. 电力系统保护与控制. 2014(24)
[4]基于VSC-HVDC的双馈式变速恒频风电机组启动及并网控制[J]. 李文津,汤广福,康勇,赵岩,孔明. 中国电机工程学报. 2014(12)
[5]风电接入下柔性直流输电的无源解耦控制[J]. 范心明,管霖,何健明,夏成军,饶宏,李立浧. 电工技术学报. 2013(10)
[6]用于电网黑启动的MMC-HVDC系统换流站启动策略[J]. 李探,赵成勇,王朝亮,庞辉,李泓志,胡静. 电力系统自动化. 2013(09)
[7]静止同步补偿器与双馈风电场的无功电压协调控制[J]. 薛尚青,蔡金锭,刘丽军. 电工电能新技术. 2013(02)
[8]多电平柔性直流输电在风电接入中的应用[J]. 范心明,管霖,夏成军,何健明. 高电压技术. 2013(02)
[9]模块化多电平换流器型高压直流输电综述[J]. 滕松,宋新立,李广凯,叶小晖,刘涛,仲悟之. 电网与清洁能源. 2012(08)
[10]模块化多电平换流器型直流输电系统的启停控制[J]. 周月宾,江道灼,郭捷,梁一桥,胡鹏飞. 电网技术. 2012(03)
博士论文
[1]适用于大容量架空线输电的C-MMC型柔性直流技术研究[D]. 薛英林.浙江大学 2014
[2]风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术研究[D]. 赵阳.华中科技大学 2008
[3]变速恒频交流励磁双馈风力发电系统及其控制技术研究[D]. 邹旭东.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]双馈风力发电系统的运行与功率控制研究[D]. 林悦铭.哈尔滨理工大学 2015
[2]基于VSC-HVDC并网风电场的暂态电压稳定性研究[D]. 姜燕.华北电力大学（北京） 2010
本文编号：3030139
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?２００８年至２０１８年我国风电装机容量变化??２０１９年４月份，中国风能协会发布了《２０１８年中国风电吊装容量统计简报》
山东大学硕士学位论文??第二章双馈风电场经ＭＭＣ－ＨＶＤＣ并网系统建模研究??ＤＦＩＧ风电场经ＭＭＣ－ＨＶＤＣ并网外送电能有很多优势，其中包括提高ＤＦＩＧ??风电场的电压稳定性。由于ＭＭＣ－ＨＶＤＣ将ＤＦＩＧ风场和外部电网隔开，故减少了??电网发生故障时对ＤＦ１Ｇ风电场的扰动。本章将介绍ＤＦＩＧ和ＭＭＣ的工作原理，??建立数学模型，研宄各变换器的控制策略，为下文奠定基矗??２．１双馈风力发电机简介??２．１．丨双馈风力发电机工作原理??图２－丨为ＤＦ１Ｇ的结构图，主要由四部分组成，分别是风力机、齿轮箱、双馈??异步发电机、励磁变换器。??当风速达到一定值时，ＤＦＩＧ的风力机启动，将风能转化为机械能。由于风力??机的转速较小，所以为了提升速度、减小发电机的体积，双馈异步风机装设了齿轮??箱。异步发电机被机械能带动，电能产生，并输送到外部电网，最终实现了风力发??电．双ＰＷＭ变换器按照各自所在的位置命名，“转子侧变换器”顾名思义指与??ＤＦＩＧ风机转子绕组相连的变换器；“网侧变换器”顾名思义则指得与外电网相连??的变换器。双ＰＷＭ变换器各司其职，是实现对ＤＨＧ控制的主要器件。另外，在??实际应用时，为了避免高频谐波流入外电网，一般会在网侧变换器连接外部电网的??地方设置一个滤波器。??风力机??Ａ?异步发电机??齿轮柏外部电网??ｕ麵自?４甲ｓ??转子侧变换器?Ｍ侧变换器?＋??一」令＃々???双ＰＷＭ变换器??图２－１双馈风力发电机结构图??为了进一步说明双馈风力发电机的工作原理，给出了图２－２?ＤＦＩＧ变速恒频工??９??
山东大学硕士学位论文??作原理框图。??外部电网??Ａ??ｎ＇．?Ｌｉ??ｖ｜￣￣七——ｊ—｜—?励磁变换器????Ｊ?＾￣＾??风力机?异步发电机??图２－２?ＤＦＩＧ变速恒频工作原理框图??发电机的机电能量得以有效转化存在一个必要条件，即定子旋转磁场等于转??子旋转磁场，故各转速之间存在式（２－１）的关系：??ｎｘ?＝ｎ２?＋ｎｒ?（２－１）??式中：??转子转速；定子磁场同步转速；ｎ２：转子旋转磁场相对于转子本身的??转速。??因为乂?／６０及／２?／６０，故有：??—?＋?ｆ２＝ｆ，?（２－２）??６０?２?１??式中：??发电机极对数；乂、／２?：定、转子电流频率。??通过上面公式可知，ＤＨＧ可以运行在变速恒频状态的主要原因是／２是可调节??的，当转速变化时，调节／２，使得公式（２－２）得以成立，那么就可以保证乂一直??等于５０Ｈｚ。??由于／２可以调节，ＤＦＩＧ可运行在不同的状态。第一种状态：同步运行状态，??此时／２＝〇，转子绕组与电网无功率交换；第二种状态：亚同步状态，此时／２＞〇，??为了维持稳定运行，从电网输入一部分功率到转子绕组；第三种状态：超同步状态，??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种抑制PWM整流器起动冲击电流的缓给定方法[J]. 刘博,贲洪奇,白银龙. 电工技术学报. 2018(12)
[2]适用于风电并网的模块化多电平柔性直流启动控制技术[J]. 刁冠勋,李文津,汤广福,赵东来. 电力系统自动化. 2015(05)
[3]双馈型风电场参与电压无功调节的分层控制方案[J]. 刘皓明,唐俏俏,朱凌志,赵大伟,李晨晨,石磊. 电力系统保护与控制. 2014(24)
[4]基于VSC-HVDC的双馈式变速恒频风电机组启动及并网控制[J]. 李文津,汤广福,康勇,赵岩,孔明. 中国电机工程学报. 2014(12)
[5]风电接入下柔性直流输电的无源解耦控制[J]. 范心明,管霖,何健明,夏成军,饶宏,李立浧. 电工技术学报. 2013(10)
[6]用于电网黑启动的MMC-HVDC系统换流站启动策略[J]. 李探,赵成勇,王朝亮,庞辉,李泓志,胡静. 电力系统自动化. 2013(09)
[7]静止同步补偿器与双馈风电场的无功电压协调控制[J]. 薛尚青,蔡金锭,刘丽军. 电工电能新技术. 2013(02)
[8]多电平柔性直流输电在风电接入中的应用[J]. 范心明,管霖,夏成军,何健明. 高电压技术. 2013(02)
[9]模块化多电平换流器型高压直流输电综述[J]. 滕松,宋新立,李广凯,叶小晖,刘涛,仲悟之. 电网与清洁能源. 2012(08)
[10]模块化多电平换流器型直流输电系统的启停控制[J]. 周月宾,江道灼,郭捷,梁一桥,胡鹏飞. 电网技术. 2012(03)
博士论文
[1]适用于大容量架空线输电的C-MMC型柔性直流技术研究[D]. 薛英林.浙江大学 2014
[2]风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术研究[D]. 赵阳.华中科技大学 2008
[3]变速恒频交流励磁双馈风力发电系统及其控制技术研究[D]. 邹旭东.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]双馈风力发电系统的运行与功率控制研究[D]. 林悦铭.哈尔滨理工大学 2015
[2]基于VSC-HVDC并网风电场的暂态电压稳定性研究[D]. 姜燕.华北电力大学（北京） 2010
本文编号：3030139
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