VSC-HVDC联网的海上风电系统低电压穿越技术

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海上风电产业的蓬勃发展为解决能源危机提供了重要保障,其中基于电压源型换流器的柔性直流输电技术(Voltage Source Converter-Based HVDC, VSC-HVDC)以高效、灵活及可控性强等优势在海上风电并网和传输系统中倍受青睐。随着各国对风电并网要求的逐渐提高,VSC-HVDC系统的低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)问题成为了国内外研究的热点。本文主要围绕海上风电VSC-HVDC系统的低电压穿越控制技术展开分析,重点研究了当电网发生深度电压跌落时的VSC-HVDC直流侧过电压和交流并网点电压凹陷问题,提出采用动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer, DVR)辅助VSC-HVDC实现低电压穿越的控制方法。具体实施方案由以下两方面组成:一方面,在浅度电压跌落情况下,提出采用VSC-HVDC传统无功补偿策略,DVR处于旁路状态,风电场能够稳定运行。另一方面,当电网电压深度跌落时,单纯的无功补偿策略已不能稳定直流母线和交流并网点电压。此时,切换VSC-HVDC改进的控制策略并投入带能耗电阻的超级电容型DVR,通过DC/DC变换器控制能耗电阻和超级电容阵列吸收VSC-HVDC直流母线侧过剩能量,以维持直流母线电压稳定;同时利用超级电容放电给DVR逆变器提供稳定的直流电源,以快速补偿电网故障电压,使岸上交流母线电压维持正常水平。此外,在故障期间由于协调控制策略具有很好的鲁棒性能,保证了风电机组的稳定运行。在MATLAB/Simulink中搭建整个海上风电场VSC-HVDC和DVR的仿真模型,并进行了三相电压深度跌落故障、三相短路故障及单相短路故障的仿真验证,结果表明该协调控制策略不仅提高了系统效率,而且在对称与不对称电压故障情况下都能体现出良好的补偿性能,对海上风电系统的可靠运行和低电压穿越能力的提高具有一定的现实意义。
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