柔性直流输电技术在风电并网中的应用研究

摘要

随着能源与环境问题日益突出,开发新型可再生能源是实现人类社会可持续发展的必要途径。风力发电作为一种极具开发潜力的新型绿色能源,自上世纪至今一直都是国内外学者研究的重点。随着风力发电技术的不断成熟,越来越多的海上风电并网工程应用实施,风能的开发利用开始由陆上向海上转移。然而,由于海上风力发电存在距离远、输出随机等特点,选择合适的并网方式非常重要。柔性直流输电采用全控型电力电子器件和PWM(PulseWidthModulation,脉宽调制)技术,可以实现有功功率和无功功率的独立解耦控制,且不需要站间通信。因此,在新能源如风力发电、太阳能发电等并网中,具有很好的应用前景。本文对用于海上风电场并网的柔性直流输电技术进行了研究,主要内容包括:
　　 (1)双馈风力发电机的运行机理,包括最大风能捕获、数学模型、基于定子磁链定向的矢量控制策略等。并在MATLAB/SIMULINK中建立了仿真模型,研究了不同风力状况下双馈风力发电机的输出特性。
　　 (2)介绍了柔性直流输电的基本原理及其拓扑结构,建立了柔性直流输电的数学模型,在此基础上提出了基于内环控制回路和外环控制回路的矢量控制策略,并对外环控制器中定直流电压、定有功功率、定无功功率、定交流电压、定频率控制器进行了设计,同时分析了内环控制回路d-q轴电流解耦控制方法。
　　 (3)研究了柔性直流输电与海上风电场并网的协调控制。针对风电场输出特性,提出了海上送端站采用定有功功率和定交流电压的控制策略,陆上受端站采用定直流电压和定无功功率的控制策略,并对两端换流站的控制结构进行了设计。在MATLAB/SIMULINK中建立了仿真模型,研究了不同状况并网系统的动态响应特性,仿真结果证明了该系统在改善风电场输出,维持电压稳定,增强系统抗干扰性,以及故障恢复方面具有良好的性能。