基于STATCOM的风电并网系统无功补偿研究

摘要

由于经济发展对传统能源的需求越来越大，以风电为主的新能源发电受到人们的关注。随着风力发电的相关技术研究取得了巨大进步，各个国家风力发电设备的装机容量也越来越大。双馈式异步风力发电机作为主流风机，其运行时会吸收一定的无功功率，并且会随着风速的波动，风机吸收无功也会出现一定波动。如果这些无功全部由电网提供的话，会使得区域电网电压水平降低，甚至诱发电压失稳乃至电压崩溃。为保证风电场的可靠并网和稳定运行，对风电系统无功补偿进行研究是非常必要的。
　　首先就风电场相关的历史进程以及现在存在的不足进行分析，对无功补偿给风电带来的好处进行了阐述，同时分析不同设计方案的无功补偿设备所具备的特征，从而表明风电系统采纳STATCOM这个方案的有效性。
　　其次研究了STATCOM的构成和补偿器的详细工作原理，同时确定了设备典型主电路模型。并对目前无功电流检测方法进行特性分析，重点介绍了ip-iq检测法和dq坐标变换法。通过理论分析确定了基于dq坐标双闭环反馈的电流直接控制策略作为本文研究STATCOM的控制策略。
　　然后以STATCOM电压型主电路为例，分别建立了三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型。理论分析了电网不对称故障下对STATCOM产生的影响，即直流侧电容电压出现二倍频的电压波动，交流侧会出现三次谐波。本文对传统的基于dq坐标电流直接控制策略进行了改进，提出了一种基于正负序网络解耦和空间矢量脉宽调制的控制策略。该策略可以在电网发生不对称故障期间对负序电流进行补偿，消除逆变器直流侧能量传输中的波动量，保证了STATCOM在不对称故障期间正常运行。同时，解耦能够精确快速地计算出需要补偿的无功功率，空间矢量脉宽调制方法的应用也降低了开关频率，提高了直流侧电压的利用率。
　　最后，对STATCOM在风电场中实际运行数据进行了分析，分析表明STATCOM具有良好的无功动态补偿特性。鉴于此，分别建立了STATCOM主电路、控制电路和配置STATCOM的风电场的详细仿真模型。仿真结果验证了STATCOM比SVC和固定电容补偿的其它无功补偿方式的优异性，同时验证了本文提出的改进控制策略的有效性。采用本文提出的改进控制策略，在电网不对称故障期间，能够有效减少STATCOM直流侧电容电压的波动，避免了装置脱网，并能快速进行无功补偿，更好地保证了风电场并网处电压的稳定。

目录

声明

摘要

1．1．1风力发电背景

1．1．2风力发电面临的问题

1．1．3风电场对无功补偿的要求

1．2无功补偿在风电场中的研究现状

1．3风电场无功补偿装置

1．4本论文的主要工作

2 STATCOM装置的基本理论及其原理

2．1．2 STATCOM主电路

2．2 STATCOM无功补偿的工作原理

2．3 STATCOM工作特性分析

2．4本章小结

3无功电流检测及STATCOM控制策略分析

3．1无功电流检测理论及相关环节

3．1．1无功电流检测理论

3．1．2无功电流检测相关环节

3．2无功电流检测方法

3．2．1ip-iq检测法

3．2．2 dq坐标变换法

3．3 STATCOM电流直接控制策略

3．4本章小结

4风电并网STATCOM控制策略的改进

4．1 STATCOM数学建模

4．2电网不对称故障对STATCOM的影响

4．2．1电网不对称故障对STATCOM直流侧的影响

4．2．2电网不对称故障对S丑玎cOM交流侧的影响

4．3改进的控制策略

4．3．1正、负序网络解耦控制

4．3．2空间矢量脉宽调制SVPwM

4．4本章小结

5风电场中STATCOM的运行数据分析及其仿真验证

5．1 STATCOM的实际运行数据分析

5．2 MATLAB／SIMULINK仿真软件介绍

5．3系统各模块及总模型仿真

5．3．1 STATCOM主电路模型

5．3．2 S耵玎CoM控制电路模型

5．3．3风电场模型

5．3．4系统整体仿真模型

5．4 STATCOM的仿真数据分析

5．4．1 STATCOM与SVC和电容器仿真对比

5．4．2改进控制策略与传统控制策略仿真比较

5．5本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢