基于VSC-HVDC的风电场并网协调控制策略研究

摘要

作为发展最快的可再生能源，风力发电由于其自身所具有的优点，在全世界范围内均得到了普遍的推广与应用。从风力发电的趋势来看，风电要想得到进一步的发展，很大程度上受限于它的并网方式。基于电压源型换流器的高压直流(voltage source converter based high voltage DC,VSC-HVDC)输电技术具有高度的灵活性和可靠性，是大型风电场与电网联接的理想输电方式。因此，深入研究风电场经 VSC-HVDC并网系统的控制方法具有重要意义。
　　本文首先分析了双馈风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)的基本结构与运行原理，建立了DFIG的数学模型，在此基础上设计了DFIG转子侧和网侧换流器的矢量控制策略，仿真结果验证了DFIG矢量控制策略能够实现风电机组输出有功、无功功率的解耦控制和最大风能追踪控制；其次分析了VSC-HVDC的基本结构与运行原理，建立了VSC-HVDC的数学模型，在此基础上研究了VSC-HVDC的双闭环矢量控制策略。针对风电场的运行特点，设计了应用于风电场并网的VSC-HVDC两端换流站的控制策略，为研究基于VSC-HVDC的双馈风电场并网协调控制奠定了基础。
　　最后针对双馈风电场经VSC-HVDC并网时，受端电网惯量不足而出现扰动下频率偏移较大的问题，提出了一种协调控制策略。该协调控制策略包括电网侧变流器模拟惯量控制，风电场侧变流器变频控制，双馈风电机组的虚拟惯性控制。在该协调控制策略下，当电网侧交流系统频率发生变化时，电网侧变流器首先调节直流电压的参考值，以响应系统频率的变化，同时，风电场侧变流器根据变化的直流电压调节风电场侧变流器的频率，为响应风电场侧变流器频率的变化，双馈风电机组引入虚拟惯性控制环节，通过吸收或释放转子的旋转动能，改变双馈风电机组的有功出力。通过协调控制，直流电容储存的能量和DFIG的转子动能共同为系统提供惯性支撑，提高了系统的频率响应特性。通过仿真分析验证了所提协调控制策略的正确性和有效性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 风力发电技术概况

1.3 VSC-HVDC输电技术概况

1.4 本文主要研究内容及章节安排

第2章 DFIG的建模及控制策略研究

2.1引言

2.2 DFIG机组的基本结构与运行原理

2.3 双馈发电系统的数学模型

2.4最大功率跟踪控制

2.5 DFIG的矢量控制策略

2.6 仿真分析

2.7 本章小结

第3章 风电场经VSC-HVDC并网系统建模与控制

3.1引言

3.2 VSC-HVDC的基本结构与运行原理

3.3 VSC-HVDC系统的数学模型

3.4 VSC-HVDC的双闭环控制策略

3.5 应用于风电场并网的 VSC-HVDC控制策略

3.6 仿真分析

3.7 本章小结

第4章 基于VSC-HVDC的双馈风电场并网协调控制

4.1 引言

4.2 同步发电机的惯量响应

4.3 提高系统频率响应特性的协调控制

4.4 仿真结果分析

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢