發(fā)布時(shí)間：2018-02-24 21:18

  本文關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電 多端柔性直流輸電 交直流混合輸電 頻率輔助控制 模擬電源控制 雙模式控制　出處：《華南理工大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：石油、天然氣、煤炭等常規(guī)能源資源緊缺且污染環(huán)境。作為技術(shù)相對(duì)成熟的可再生能源，風(fēng)能的開發(fā)利用已成為許多國(guó)家實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)展目標(biāo)的主要政策。在新能源政策的推動(dòng)下，風(fēng)電已經(jīng)快速發(fā)展且在電網(wǎng)中的容量不斷地增長(zhǎng)。與此同時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)由小規(guī)模向大型化發(fā)展，單一風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量由幾十兆瓦增長(zhǎng)到幾百，甚至上千兆瓦。大型風(fēng)電場(chǎng)大多遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，需要通過(guò)遠(yuǎn)距離輸電集中接入電網(wǎng)。而風(fēng)電出力具有很強(qiáng)的波動(dòng)性與間歇性，大型風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)交流線路接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性受到電網(wǎng)擾動(dòng)和電壓支撐能力的影響，風(fēng)電的遠(yuǎn)距離輸送能力已經(jīng)成為制約風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的瓶頸之一。 基于電壓源換流器(voltage source converter, VSC)的柔性直流輸電可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的獨(dú)立控制，具有很強(qiáng)的輸電靈活性，是實(shí)現(xiàn)大型風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)穩(wěn)定連接的最有潛力的電力傳輸方式。但是常規(guī)柔性直流輸電系統(tǒng)采用定功率(或定電流)控制方式，難以適應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)和頻率隨動(dòng)的特性。為實(shí)現(xiàn)高效率和高可靠性的大型風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)接入，需要對(duì)雙端和多端柔性直流輸電的控制策略開展創(chuàng)新性的研究。 論文首先建立了兩種典型風(fēng)電機(jī)組，包括鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)(SCIG)和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)的詳細(xì)電磁暫態(tài)模型，并在PSCAD/EMTDC下仿真驗(yàn)證了模型的有效性，得到了機(jī)組的運(yùn)行特性。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電并網(wǎng)研究的需要，給出了風(fēng)電場(chǎng)的單機(jī)等值建模方法。 論文第三章建立了柔性直流輸電系統(tǒng)在abc坐標(biāo)系下的詳細(xì)數(shù)學(xué)模型，然后導(dǎo)出了其在dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。并在此基礎(chǔ)上，對(duì)基于二極管箝位型多電平電壓源換流器和模塊化多電平(MMC)型電壓源換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真研究。 針對(duì)柔性直流輸電系統(tǒng)的非線性特性，論文提出了兩種柔性直流輸電的非線性解耦控制方法：一種是基于EL (Euler-Lagrange)模型的柔性直流輸電的非線性解耦控制�；�于換流器的能量耗散性，采用狀態(tài)誤差構(gòu)造能量存儲(chǔ)函數(shù)并以誤差存儲(chǔ)函數(shù)為L(zhǎng)yapunov函數(shù)，通過(guò)注入阻尼使系統(tǒng)快速收斂到期望穩(wěn)定平衡點(diǎn)。根據(jù)誤差存儲(chǔ)函數(shù)的收斂條件設(shè)計(jì)了換流器的無(wú)源控制器，實(shí)現(xiàn)了各變量的解耦控制；另一種是基于PCHD模型的柔性直流輸電魯棒控制�；�于端口受控耗散哈密爾頓(PCHD)方程建立了換流器的PCHD模型，，證明了換流器的嚴(yán)格無(wú)源性。通過(guò)配置連接矩陣與阻尼矩陣構(gòu)造期望能量函數(shù)并確立為L(zhǎng)yapunov函數(shù)。通過(guò)注入阻尼矩陣消除了換流器直流側(cè)等效電阻對(duì)系統(tǒng)的影響。由期望平衡點(diǎn)、狀態(tài)變量及互聯(lián)和阻尼分配無(wú)源性(IDA-PB)控制原理設(shè)計(jì)了換流器的IDA-PB控制器。兩種控制策略均在不同的運(yùn)行條件下用PSCAD/EMTDC軟件進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明所提出的控制策略具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能和魯棒性。 對(duì)于換流器級(jí)控制，基于電壓矢量定向直接電流控制方法提出了一種定有功功率與頻率輔助控制策略，適合于風(fēng)電經(jīng)交直流并聯(lián)接入電網(wǎng)場(chǎng)合。針對(duì)風(fēng)電經(jīng)純?nèi)嵝灾绷鞑⒕W(wǎng)場(chǎng)合，設(shè)計(jì)了一種新的柔性直流控制方法。該方法將風(fēng)電場(chǎng)電壓源換流器系統(tǒng)側(cè)交流母線控制為定交流電壓幅值、頻率和相角的擬無(wú)窮大電源點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了有功功率的隨動(dòng)控制。兩種策略均適用于多端柔性直流并網(wǎng)控制。針對(duì)多個(gè)孤島風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)多端柔性直流輸電并網(wǎng)方式應(yīng)用了一種星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中將其中一端風(fēng)電場(chǎng)電壓源換流器直流母線作為匯流點(diǎn)，共用一條直流通道輸電。不同運(yùn)行條件下的仿真結(jié)果驗(yàn)證了上述控制方案的有效性與正確性以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可行性。 為提高風(fēng)電場(chǎng)交直流混合輸電并網(wǎng)的系統(tǒng)性能，論文第六章提出了一種更加靈活的新型VSC-HVDC雙模式控制策略。針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)側(cè)電壓源換流器設(shè)計(jì)的新型交流電壓－功角控制策略能適應(yīng)風(fēng)電交直流并聯(lián)并網(wǎng)和純直流并網(wǎng)兩種輸電模式，在交流故障引起的模式變化中無(wú)需切換控制策略。在交直流混合輸電模式下，該控制策略通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)交流母線電壓與電壓源換流器輸出電壓間的功角調(diào)節(jié)有功功率。在純?nèi)嵝灾绷鬏旊娔Ｊ剑�可自�?dòng)轉(zhuǎn)換為整流站交流母線擬無(wú)窮大電源模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)波動(dòng)風(fēng)電的同步輸送。另外，通過(guò)附加電流高通濾波器增強(qiáng)了對(duì)系統(tǒng)諧振的阻尼作用。對(duì)電網(wǎng)側(cè)電壓源換流器采用了一種新的直接電流矢量控制，使直流電壓穩(wěn)定在參考值上。運(yùn)用PSCAD/EMTDC仿真軟件對(duì)分別接入籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)風(fēng)電場(chǎng)和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)風(fēng)電場(chǎng)的交直流混合輸電系統(tǒng)建模仿真。在一系列運(yùn)行條件下的仿真驗(yàn)證了所提控制策略的有效性與可行性。 最后，以南澳島風(fēng)電場(chǎng)多端交直流混合輸電工程為應(yīng)用對(duì)象，對(duì)論文提出的雙模式控制策略進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了策略的有效性。 論文成果對(duì)用于風(fēng)電并網(wǎng)的雙端和多端柔性直流輸電控制策略設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有良好的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。
[Abstract]:As a relatively mature renewable energy source , the utilization and utilization of wind energy has become the main policy for many countries to achieve the goal of new energy development . Flexible DC power transmission based on voltage source converter ( VSC ) can realize the independent control of active power and reactive power , and has strong transmission flexibility . It is the most potential power transmission way to realize stable connection between large wind farm and power grid . However , the conventional flexible direct current transmission system adopts constant power ( or constant current ) control mode , it is difficult to adapt to the characteristics of power fluctuation and frequency follow - up of wind farm . In this paper , two typical wind turbine units , including squirrel - cage induction generator ( SCIG ) and double - fed induction generator ( DFIG ) , are established , and the effectiveness of the model is verified by simulation under PSCAD / EMTDC . In chapter 3 , a detailed mathematical model of the flexible DC power transmission system in the abc coordinate system is established , then the mathematical model of the flexible DC power transmission system in the rotating coordinate system of dq0 is derived . On this basis , the flexible DC power transmission system based on the diode clamped multilevel voltage source converter and the modular multilevel ( MMC ) type voltage source converter is modeled and simulated . In this paper , the nonlinear decoupling control method for flexible DC power transmission system is presented in this paper . Based on the energy dissipation of the inverter , the energy storage function is constructed based on the state error and the error storage function is used as the Lyapunov function . The inverter ' s IDA - PB controller is designed based on the convergence condition of the error storage function . The simulation results are simulated by using the PSCAD / EMTDC software under different operating conditions . The results show that the proposed control strategy has good dynamic , static performance and robustness . A new flexible direct current control method is proposed based on direct current control based on direct current control based on voltage vector control . A new flexible direct current control method is proposed in this paper . In this way , a new flexible DC control method is designed for the direct current grid with AC voltage amplitude , frequency and phase angle . The method applies one end wind farm voltage source converter DC bus as bus point and common one DC channel . The simulation results under different operating conditions verify the validity and correctness of the control scheme and the feasibility of topology . In order to improve the system performance of AC / DC hybrid transmission grid , a novel VSC - HVDC dual - mode control strategy is proposed in chapter 6 . A new type of AC voltage - work angle control strategy for wind farm side voltage source converter is proposed , which can adjust the active power by adjusting the power angle between the AC bus voltage of the wind farm and the output voltage of the voltage source converter . Finally , based on the multi - terminal AC / DC hybrid transmission project of Nan ' ao Island , the double - mode control strategy is simulated and the effectiveness of the strategy is verified . The results of this paper have good guiding significance and reference value to the design and optimization of double - end and multi - terminal flexible direct current transmission control strategy for wind power grid .

【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM721.1;TM614

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 魏曉光;遲永寧;魏曉云;湯廣福;;電壓源換相高壓直流輸電改善異步發(fā)電機(jī)風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的研究[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2008年05期

2 張曉華;張衛(wèi)杰;;三相電壓型PWM整流器的IDA-PB控制[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2009年03期

3 劉林;尹明;楊方;關(guān)朋;;德國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展分析及啟示[J];能源技術(shù)經(jīng)濟(jì);2011年08期

4 阮思燁;李國(guó)杰;孫元章;;多端電壓源型直流輸電系統(tǒng)的控制策略[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2009年12期

5 劉鐘淇;宋強(qiáng);劉文華;;基于模塊化多電平變流器的輕型直流輸電系統(tǒng)[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2010年02期

6 林俐;楊以涵;;基于繞線式異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定機(jī)理分析[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2010年05期

7 丁濤;張承學(xué);孫元博;;基于本地信號(hào)的VSC-MTDC輸電系統(tǒng)控制策略[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2010年09期

8 管敏淵;徐政;;模塊化多電平換流器型直流輸電的建模與控制[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2010年19期

9 董云龍;包海龍;田杰;胡兆慶;張建峰;劉雋;;柔性直流輸電控制及保護(hù)系統(tǒng)[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2011年19期

10 張凱,李庚銀,梁海峰,李廣凱;基于電壓源換流器HVDC系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制及仿真[J];電力自動(dòng)化設(shè)備;2005年03期

本文編號(hào)：1531745