【摘 要】
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海上风电具有风能资源丰富、开发利用小时数高、风速稳定、不占用土地、视觉干扰小和适宜大规模开发等特点,在世界各国大力倡导发展可再生能源的大背景下,海上风电具有广阔的开发前景。同时,双馈异步风力发电机生产成本较低、技术成熟且可靠性高,适用于海上风电场。混合高压直流输电(Hybrid-HVDC)融合了柔性直流输电(VSC-HVDC)和传统高压直流输电(LCC-HVDC)的优点,适用于海上风电场并网。因此
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海上风电具有风能资源丰富、开发利用小时数高、风速稳定、不占用土地、视觉干扰小和适宜大规模开发等特点,在世界各国大力倡导发展可再生能源的大背景下,海上风电具有广阔的开发前景。同时,双馈异步风力发电机生产成本较低、技术成熟且可靠性高,适用于海上风电场。混合高压直流输电(Hybrid-HVDC)融合了柔性直流输电(VSC-HVDC)和传统高压直流输电(LCC-HVDC)的优点,适用于海上风电场并网。因此,对海上风电经混合直流并网的控制策略分析具有一定的工程意义。为抑制逆变侧LCC连接弱交流网络故障时发生换相失败及提高系统的暂态稳定性,本文在基本控制策略的基础上提出了改进控制策略。整流侧VSC换流器加入定直流电压控制,通过改变相位角抑制直流电压波动,提高系统的稳定性;逆变侧LCC换流器加入定关断角控制,防止故障时刻γ进一步减小,以达到抑制换相失败与加速系统恢复至稳态运行的目的。为此,本文进行了以下几个方面的研究:首先,分析双馈风电机组(DFIG)的数学模型并以此设计转子侧和网侧换流器的控制策略;并对风速模型、最大风能跟踪控制的基本原理、风力机的运行特点及桨距角的控制系统进行详细的分析。其次,对VSC-HVDC及LCC-HVDC的运行原理、数学模型、控制策略、基本结构及技术特点等内容进行了详细论述;分析了适合海上风电并网的拓扑结构;基于PSCAD/EMTDC构建了海上风电经VSC-LCC型H-HVDC系统并网的模型,并设计了相应的基本控制策略及改进控制策略。最后,基于PSCAD/EMTDC平台仿真分析了风速变化下风电场的潮流变化;逆变侧交流母线故障下系统的采用基本控制策略和改进控制策略的暂态特性,验证了改进控制策略的有效性。研究结果表明:风电场输出的有功、无功能随风速波动而改变,风速稳定时有功、无功也能迅速恢复稳定;逆变侧交流母线故障时并网系统采用改进控制策略能提高系统直流电压稳定性,改善电能质量,抑制有功功率的波动,降低故障所带来的冲击,加快系统恢复正常运行。
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