风电场经VSC-HVDC并网的有功和无功控制研究

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近年来,能源紧缺的问题愈发紧张,这为新能源的发展建立了极好的平台。特别是风力发电的发展尤为迅速,其规模不断扩大、装机容量不断增大、输电距离不断增加,使得风机并网后引发了对电力系统电压稳定性的影响不断加大,其中对电压稳定性影响主要表现为:风电场的无功功率不足、海缆的充电功率过高、风电场并网方式复杂、无功功率补偿策略不够完善等问题,对并网点电压及邻近电网产生的影响。因此对风电场并网无功特性的分析,特别是无功补偿策略的研究有着极为重要的现实意义。本文主要工作如下:(1)从当下最为广泛的机型出发,本文以双馈感应风机(DFIG)为主要研究对象,建立风机及风电场数学模型。建立的数学模型含:DFIG模型、集电系统模型、输电系统模型。最后分析各模块的无功特性以及其相应的控制方法,为后续制定合理的控制策略提供可靠的依据。(2)详细介绍了电压稳定的研究方法,主要包括静态分析方法和动态分析方法。经过对比研究静态特性曲线分析和常用的静态分析法,本文采用连续潮流法绘制PV曲线静态分析电压稳定性。对于动态分析法则采用时域仿真法绘制电压随时间变化的曲线,研究电压的暂态稳定性。(3)建立风电场经过柔性直流输电系统(VSC—HVDC)接入CIGRE B4-39的系统模型,提出利用VSC-HVDC的风电场侧、风电场侧与风机转子侧变流器三者相协调的无功控制策略并进行优化分析。(4)研究DFIG风电场并网的有功功率控制策略。文章针对电网侧故障来改进DFIG的有功控制策略,为减少风电场有功功率的输出和直流母线的电压稳定,综合考虑以VSC-HVDC直流线电压波动作为信号。(5)在本文所建立的模型基础上,从控制策略以及风电场风机并网点不同故障深度等角度进行了仿真计算,通过分析得到:合理的无功控制策略符合风电场并网系统的无功功率补偿要求,既能有效减少补偿设备,节约系统成本,又能提升系统的电压稳定性和有功平衡。
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