基于MMC-HVDC的直驱风电场并网故障穿越控制策略研究

发布时间：2020-02-09 22:29

【摘要】：风能作为清洁、可持续的新型能源,在能源日渐紧张的情况下,越来越受到人们的广泛关注和深入研究。在风力发电多年的发展中,直驱发电机以其没有齿轮箱、没有电刷、隔离风机和电网等优点,成为风力发电未来发展的趋势。随着风力发电的规模越来越大,电网对于大规模风电场的并网也有了更多的要求,其中风电场的故障穿越能力便是其中之一。风电场通过柔性直流输电系统并网不仅解决了大容量远距离风电交流并网的众多难题,对风电场的故障穿越能力也有很大改善。模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)作为一种新型拓扑结构的电压源换流器,凭借其独有的优势备受关注,将其用于风电场并网,不仅可以提高传输容量,也可以改善风电场并网特性及其故障穿越能力。首先,分析了直驱永磁同步发电机数学模型及其控制原理,在PSCAD/EMTDC环境中搭建了直驱风机的电磁暂态模型,并在其基础上扩展为风电场模型。其次,对MMC-HVDC系统的数学模型、换流器控制原理进行了研究,针对风电场并网对系统的要求对两端换流器的控制器进行了改进,随后在PSCAD/EMTDC环境中搭建了直驱风电场联网MMC-HVDC的仿真模型,并通过仿真实验验证了此模型的正确性。之后分析了联网系统不同故障点情况下的故障特性,针对风电场并网点发生故障,要求直驱永磁同步发电机具有故障穿越能力,通过在直流环节增加卸荷电阻,保证直流系统的有功功率平衡,保护换流器以及整个直驱风机的安全和稳定运行；针对联网系统并网点发生的故障,首先在直流母线增加卸荷电阻保证直流系统有功功率平衡,其次为避免卸荷电阻长时间发热带来的危害,通过对风电场各直驱风机的桨距角进行控制,增大桨距角减少发电机有功功率的输出,从而从根本上让系统达到有功功率的平衡。最后在PSCAD/EMTDC环境中搭建直驱风电场联网MMC-HVDC系统模型,针对不同故障点进行仿真。仿真结果表明当风电场并网点发生故障时通过在直驱风机直流环节卸荷电阻的投切可以使系统持续稳定运行；在联网系统并网点发生故障,通过直流母线卸荷电阻的投切可以使直流电压稳定,通过增大直驱风机桨距角,可以使风电场有功功率的输出,即MMC整流侧有功功率的输入减小,直流电压下降,保持系统稳定运行。仿真验证了所提故障穿越控制策略的可行性以及正确性,提高了基于MMC-HVDC并网的直驱风电场故障穿越能力。
【图文】：

风机,仿真结果,风电场,有功功率

cO直驱发屯机H流电压图2-9单台风机仿真结果由上述仿真可以看出，风速发生变化时，，发电机有功功率的输出可以快速跟随风速的变化而发生变化，且直流电压基本稳定。另外，当发电机输出无功功率发生变化时，直流电压和输出有功功率发生波动较小，实现了发电机输出有功功率及无功功率的解z1控制。2.5由10台D-PMSG组成的风电场仿真分析将直驱永磁同步发电机扩展为一个风电场，山于本文第二章的风电场仿真工作24

仿真波形,驱风,系统仿真,电场

由图可见风电场输出的有功功率跟随风速的变化而改变。由图3-12 C)、3-12 d)可见MMC-HVDC系统直流电压波动幅度较小，稳定在lOkV左右，风电口电压也一直维持稳定。上述仿真波形表明，MMC-HVDC可以较好地将风电出的有功功率吸收，可以维持MMC直流电压、风电场出口交流电压的稳定，了基于MMC-HVDC联网直驱风电场仿真模型的IH确性及其控制策略的可行
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614

【参考文献】