基于VSC-HVDC联网的海上风电系统的低电压穿越技术研究

摘要

目前，大型风电场建设正在从陆上转向海上，海上风电已经成为了风力发电的重要发展方向。直驱式永磁同步风力发电机（D-PMSG）具有良好的并网特性，被越来越多的应用到海上风电场。由于海上风电场多采用电压源型换流器的高压直流（VSC-HVDC）输电技术将电能输送到电网，而海上风电场经VSC-HVDC输电的动态响应速度和故障响应特性与经交流输电不同，故对由D-PMSG组成的海上风电场经VSC-HVDC并网系统的低电压穿越技术进行研究具有一定的工程应用意义。
　　本文建立D-PMSG和VSC-HVDC系统的数学模型。针对由D-PMSG组成的海上风电场经VSC-HVDC输电技术并网，对VSC-HVDC系统换流站的变流器提出一种改进的控制策略：海上换流站采用双环反馈线性化解耦控制，岸上换流站采用双闭环矢量解耦控制。建立海上风电场经VSC-HVDC并网系统的仿真模型，仿真验证了所建立模型的正确性和设计的改进控制策略的有效性。
　　分析风电场并网点处母线和电网母线分别发生故障，对海上风电场经 VSC-HVDC并网系统的影响特性。针对风电场并网点处母线故障，对 D-PMSG机组采取并联直流Chopper电路和网侧变流器运行在无功优先控制的技术方案，维持直流侧母线电网稳定，并为风电场并网点母线提供无功支撑；针对电网母线发生故障，提出基于混合 Crowbar电路系统，对海上风电场并网系统和混合Crowbar电路系统采用协调控制的技术方案。仿真结果表明，通过投入混合Crowbar电路和采用协调控制策略，减少系统的不平衡功率，抑制直流母线电压波动，维持直流系统的母线电压稳定，并为电网电压恢复提供无功功率。
　　最后仿真验证了本文所提出的技术方案提高了海上风电场经VSC-HVDC并网系统的低电压穿越能力。

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第一章 绪 论

1.1 选题的背景及研究意义

1.2 海上风电技术发展现状

1.3 低电压穿越技术研究现状

1.4 本文研究内容

第二章 直驱式永磁同步风力发电机的数学模型与仿真

2.1 风力机的基本理论与结构

2.2 直驱式永磁同步风力发电机的数学模型

2.3 变流器的数学模型及其控制策略

2.4 直驱式永磁同步风力发电机组的仿真分析

2.5 本章小结

第三章 基于VSC-HVDC联网的海上风电系统的建模与仿真

3.1 VSC-HVDC系统的工作原理与数学模型

3.2 海上风电场经VSC-HVDC并网系统的控制策略

3.3 基于VSC-HVDC联网的海上风电系统的工作原理

3.4 基于VSC-HVDC联网的海上风电场系统的运行仿真

3.5 本章小结

第四章 基于VSC-HVDC联网的海上风电系统的低电压穿越技术研究

4.1故障对海上风电场经VSC-HVDC联网系统的影响特性

4.2 风电场并网母线故障时的低电压穿越技术方案

4.3 电网母线故障时的低电压穿越技术方案

4.4 基于混合Crowbar电路系统的低电压穿越技术

4.5 海上风电场并网系统的LVRT协调控制策略

4.6 海上风电场经VSC-HVDC并网系统的低电压穿越仿真分析

4.7 基于VSC-HVDC联网的海上风电场系统的LVRT性能分析

4.8 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢

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