风电经柔性直流输电系统并网控制策略研究

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风力发电能有效解决传统能源短缺问题,减少环境污染,具有很大的发展空间。随着国家能源战略的推动,越来越多的大型风电场并入电网,国内外风电发展趋势均呈高速发展态势。我国的风电资源和负荷中心呈逆向分布,负荷中心远离风电资源丰富地区。对于远距离风电场并网而言,早期的交流并网方式与传统直流输电方式已不能满足风电并网的要求。柔性直流输电系统在输电灵活性和系统稳定性方面明显优于交流并网与传统直流输电方式,在风电场并网方式的选择上有着较大的技术优势,因此正逐渐成为大型风电场远距离输送并网的优先解决方案。本文针对含双馈风电机组并网的柔性直流输电系统提出了一种基于电磁瞬变的动态模型及相应的控制策略,能够更快更好地跟踪系统动态性能。首先,本文对目前风电场中常用的双馈风电机组进行研究,先介绍了风力发电机的基本运行原理,再对双馈风电机组的各部分结构在dq同步旋转坐标系下建立数学模型,接着从风机各部分结构及功能入手,分析其基本控制方法,为后文研究双馈风电机组并网模型及其控制系统设计奠定了基础。其次,本文介绍了双端二电平直流并网系统(VSC-HVDC)的结构和基本原理,并对VSC-HVDC系统常用的基于直接电流控制的双闭环控制策略进行说明,主要包括定功率控制,定交流电压控制、定直流电压控制、定频率控制等。同时在遵循换流站控制策略设计原则的基础上,提出了柔性直流输电系统故障期间换流站间的协调控制策略,有助于提高系统暂态响应能力。最后,本文提出了一种基于电压源变流器(VSC)的直流输电系统的电磁暂态模型和控制策略。建立了两相旋转坐标系下交流侧的电磁瞬变模型,并根据瞬时功率平衡原理,给出了直流侧的动态特性。结合风电场和柔性直流输电系统基本模型和控制,在Matlab/Simulink仿真平台上验证所提出模型和控制策略的有效性。
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