新能源集群孤网接入柔直的无功电压优化控制策略

摘要

近年来，全球能源紧缺和环境污染等问题日益严峻，改变能源结构已十分紧迫。在此背景下，以风电和太阳能为代表的新能源得到了快速发展。我国新能源资源主要集中在西部和北部地区，远离负荷中心，且接入地区的电网架构比较薄弱，在并网发电时难以获得有效的无功电压支撑，基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)具备适应于新能源集群孤网送出的潜质。由于新能源发电本身固有间歇、随机波动的特性，会使并网系统的电压稳定性受到一定程度的影响，研究新能源集群孤网接入柔直系统的自动电压控制问题十分必要。因此针对系统的特殊性提出无功电压优化控制策略具有重要工程意义。
　　本文在DIgSILENT/PowerFactory仿真平台上建立新能源集群接入两端柔性直流输电系统模型，验证柔性直流输电系统适应于新能源集群孤网送电时的送端换流站控制方式有效性，在此基础上，分别考虑了风电和光伏出力波动特性，分析了柔性直流输电系统在应用于新能源集群孤网送出时能够维持系统电压稳定的优越性。
　　基于新能源集群与送端换流站等值系统，考虑柔直功率调节能力约束，分别研究了在不同功率因数下柔直换流站输出电压调制比和柔直容量对柔直PV曲线的影响，得到不同工况下系统可稳定输送的最大功率;研究送端换流站稳态运行区间约束条件，分析了换流变压器分接头位置、柔直交流电压参考值、新能源集群与柔直送端换流站等效距离及阻抗特性对稳态运行区间的影响，为获得新能源-柔直孤网系统的换流站稳态运行范围提供了可行方法，由此得到的稳态运行区间范围即为新能源集群在满足各项约束后的可安全送出的功率范围。
　　针对含VSC-HVDC新能源集群孤网系统，考虑柔直的功率安全裕度及新能源集群安全运行的要求，提出一种新能源集群AVC主站的无功电压优化控制策略，将系统中网络损耗最小及送端换流站无功裕度最大作为优化控制目标函数。算例计算结果表明，该控制策略能够有效维持新能源集群孤网系统中枢节点电压稳定，提高经济效益及柔直换流站功率安全裕度。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景及意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 柔直输电系统稳态运行范围研究现状

1．2．2 自动电压控制国内外研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 新能源集群孤网接入柔直的功率特性仿真

2．1 新能源集群仿真模型

2．1．1 风电机组模型

2．1．2 光伏机组模型

2．1．3 新能源集群汇集模型

2．2 柔性直流输电系统模型

2．3 孤网、交直流混联等方式下柔直控制策略

2．4 柔直系统送端交流侧的功率动态特性分析

2．4．1 验证送端换流站VF控制方式

2．4．1 送端换流站对新能源集群电压的控制作用

2．4 本章小结

第3章 新能源集群孤网接入柔直的运行特性分析

3．1 柔性直流输电系统的基本调节方式

3．2 新能源集群接入单端VSC-HVDC等效模型

3．3 孤岛方式下柔直电网静态电压稳定极限

3．4 孤岛方式下柔直送端换流站稳态运行区间

3．4．1 送端换流站稳态运行区间的确定方法

3．4．2 考虑不同因素对稳态运行区间的影响

3．5 本章小结

第4章 孤网接入柔直的新能源集群无功电压多目标优化控制

4．1 新能源集群并网导则约束

4．2 控制策略数学模型

4．2．1 目标函数

4．2．2 约束条件

4．2．3 模型求解工具

4．2．4 具体求解步骤

4．3 算例仿真与分析

4．3．1 仿真模型

4．3．2 AVC主站控制的仿真结果分析

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢