基于海上风电并网的MMC-HVDC控制策略研究

摘要

相对于陆地风能，海上风能具有风速高、涡流损耗小等优点，大力发展海上风电是风电发展的新趋势。但海上风电场一般远离负荷中心，且风能具有间歇性、不可控性等特点，因此，研究海上风电的并网方式是一个重要的课题。
　　 本文首先介绍了目前主流的变速恒频风力发电系统的工作原理，然后从经济性、传输容量、系统动稳态性能等方面对目前几种常用的海上风电并网方式进行了对比研究，结果表明，基于模块化多电平换流器的轻型直流输电方式(MMC-HVDC)非常适合于长距离、大容量的海上风电并网。本文针对MMC-HVDC在风电并网上的应用，主要解决以下问题:
　　 1)分析了模块化多电平换流器(Modular Multilevel Convert，MMC)的工作原理，研究了其调制方法。
　　 2)结合载波移相调制策略(carrier phase-shifted SPWM，CPS-SPWM)，同时根据在参考电压中叠加平衡分量原则，提出了一种适用于MMC的子模块电容电压均衡控制策略，该策略可分为能量均分控制和电压均衡控制两部分。仿真结果证明了该均衡控制策略的有效性。
　　 3)在（a，b，c）和(d，q，o)坐标系下建立了MMC-HVDC系统单端换流站数学模型;研究了MMC-HVDC系统控制方式，并对向无源网络供电的MMC-HVDC系统和连接两端有源网络的MMC-HVDC系统的控制策略进行了详细研究。在Matlab/Simulink仿真平台中，分别搭建了向无源网络供电和连接两端有源网络的MMC-HVDC仿真模型，各种工况下的仿真结果证明了系统性能的优越性及所采用的控制方式的正确性。
　　 4)根据近海风电场直流母线型并网拓扑结构，提出了一种基于MMC-HVDC的多输入多输出并网拓扑，并在Matlab/Simulink仿真平台中搭建了该系统仿真模型，仿真结果表明，所设计的系统具有良好的抗扰性能且可调度性强。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 国内外风电发展现状

1．2．2 MMC-HVDC发展现状

1．2．3 风电并网技术发展现状

1．3 论文的主要内容

第二章 海上风电场及其并网技术

2．1 变速恒频风力发电系统运行原理

2．1．1 风力机运行原理

2．1．2 变速恒频运行原理

2．2 风力场并网方式研究

2．2．1 HVAC并网方式

2．2．2 CSC-HVDC并网方式

2．2．3 VSC-HVDC并网方式

2．2．4 MMC-HVDC并网方式

2．3 近海风电场轻型直流并网结构

2．4 本章小结

第三章 模块化多电平换流器

3．1 MMC拓扑结构

3．2 MMC工作原理

3．2．1 子模块工作原理

3．2．2 三相MMC工作原理

3．2．3 MMC四象限运行工况分析

3．3 MMC的调制方法

3．4 MMC子模块电容电压均衡控制策略

3．4．1 MMC相间环流分析

3．4．2 控制策略

3．4．3 仿真结果

3．5 本章小结

第四章 MMC-HVDC系统建模与控制

4．1 MMC等效电路理论模型

4．2 MMC-HVDC系统建模

4．2．1 三相静止坐标系下的数学模型

4．2．2 坐标转化

4．2．3 同步旋转坐标系下的数学模型

4．3 MMC-HVDC控制策略

4．3．1 MMC-HVDC分层控制原理

4．3．2 MMC-HVDC换流站级控制策略

4．3．3 连接两端有源网络的MMC-HVDC控制策略

4．3．4 向无源网络供电的MMC-HVDC控制策略

4．4 本章小结

第五章 仿真验证

5．1 连接两端有源网络的MMC-HVDC系统仿真

5．1．1 仿真模型及参数

5．1．2 仿真结果及分析

5．2向无源网络供电的MMC-HVDC系统仿真

5．2．1 仿真模型及参数

5．2．2 仿真结果及分析

5．3 基于海上风电并网的MMC-HVDC系统仿真

5．3．1 仿真模型及参数

5．3．2 仿真结果及分析

5．4 本章小节

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的论文及参与的项目