海上直流型風(fēng)電場(chǎng)的組網(wǎng)方式及其運(yùn)行與控制.pdf

1、隨著海上風(fēng)電場(chǎng)的快速建設(shè)，經(jīng)濟(jì)有效的大規(guī)模海上風(fēng)能匯聚和傳輸方式已被日益關(guān)注。目前對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)而言，交流型電網(wǎng)仍被用于風(fēng)電場(chǎng)的電能匯聚，并通過(guò)工頻變壓器升壓后輸送并網(wǎng)，其主要的弊端是需要造價(jià)高昂的海上平臺(tái)來(lái)放置笨重的工頻變壓器和無(wú)功補(bǔ)償裝置，另外海底交流電纜的輸送能力也較低、損耗較大。高壓直流輸電技術(shù)由于其損耗低、無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償，已被證明是遠(yuǎn)距離輸送大型海上風(fēng)電的解決方案，不過(guò)其海上平臺(tái)仍沒(méi)能去除工頻變壓器。為了使未來(lái)的海上風(fēng)電場(chǎng)更好地采

2、用高壓直流輸電并網(wǎng)，先進(jìn)的DC-DC變換和直流風(fēng)機(jī)的概念被引入，以形成直流型風(fēng)電場(chǎng)，使得龐大的工頻變壓器被高功率密度的變換器所取代，交流電纜也被損耗更低、材料更省的直流電纜所取代。
　　直流風(fēng)電場(chǎng)的類型可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型（串聯(lián)升壓型）兩種。前者的控制相對(duì)簡(jiǎn)單，不過(guò)需要大容量的DC-DC變電站抬升直流風(fēng)機(jī)出口電壓至高壓輸電電壓，而高效率的大容量DC-DC變換器設(shè)計(jì)仍存在諸多挑戰(zhàn)。后者可以通過(guò)風(fēng)機(jī)串聯(lián)來(lái)抬升風(fēng)場(chǎng)內(nèi)網(wǎng)電壓至高壓輸電電壓

3、等級(jí)，不再需要變電站和海上平臺(tái)，降低了投資成本，但串聯(lián)風(fēng)機(jī)間的強(qiáng)耦合特性及風(fēng)機(jī)的絕緣配合問(wèn)題會(huì)給控制和工程帶來(lái)挑戰(zhàn)。
　　本文以海上直流并聯(lián)型和串聯(lián)型風(fēng)電場(chǎng)作為研究對(duì)象，以風(fēng)場(chǎng)的組網(wǎng)方式、建模方法和運(yùn)行控制作為主題，從理論分析、模型建立和仿真驗(yàn)證三個(gè)層次入手，全面、深入、細(xì)致的開(kāi)展研究工作，其主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新成果包括：
　?。?）海上直流型風(fēng)電場(chǎng)的組網(wǎng)方式及科學(xué)評(píng)估方法
　　本文給出了適宜于不同規(guī)模和電壓等級(jí)下的海上

4、直流型風(fēng)電場(chǎng)的推薦組網(wǎng)方式及其各自的單極性轉(zhuǎn)雙極性輸電的轉(zhuǎn)換方式。在直流型風(fēng)電場(chǎng)部分組網(wǎng)設(shè)備尚無(wú)商業(yè)產(chǎn)品的情況下，基于“增量法”的概念，提出了從內(nèi)部損耗，經(jīng)濟(jì)性和可靠性三方面對(duì)大型海上直流風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)性比較分析的方法。結(jié)合以實(shí)際海上交流風(fēng)電場(chǎng)為例擬定的海上直流風(fēng)電場(chǎng)工程算例，進(jìn)行了定量化的計(jì)算，對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了比較分析。
　　（2）海上直流型風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)過(guò)程仿真建模
　　本文首先建立了直流風(fēng)機(jī)的詳細(xì)動(dòng)態(tài)數(shù)

5、學(xué)模型，包括風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)模型、傳動(dòng)鏈模型、風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型、AC-DC整流器模型和DC-DC變換器模型，給出了風(fēng)力機(jī)變槳控制、AC-DC整流器功率控制和DC-DC變換器電壓控制模型；然后經(jīng)簡(jiǎn)化得到含保護(hù)與控制功能的、能正確反映機(jī)電暫態(tài)特性的直流風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建直流型風(fēng)電場(chǎng)仿真模型，實(shí)現(xiàn)直流型風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)過(guò)程仿真分析。
　　（3）多隨機(jī)輸入-單輸出、強(qiáng)耦合的直流串聯(lián)型風(fēng)電場(chǎng)的解耦控制
　　在直流并聯(lián)型風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行

6、與控制研究的基礎(chǔ)上，本文著重分析了直流串聯(lián)型風(fēng)電場(chǎng)的靜態(tài)特性和串聯(lián)型直流風(fēng)機(jī)的外特性邊界、靜態(tài)工作點(diǎn)及其在擾動(dòng)下的變化。通過(guò)對(duì)串聯(lián)直流風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性的描述，提出帶風(fēng)機(jī)出口電壓限幅的串聯(lián)風(fēng)機(jī)控制策略。當(dāng)串聯(lián)風(fēng)機(jī)間存在風(fēng)電功率差異時(shí)，在分鐘級(jí)以上時(shí)間尺度下，可通過(guò)風(fēng)電機(jī)組的合理布局和內(nèi)網(wǎng)聯(lián)接方式的選擇使得串聯(lián)風(fēng)機(jī)間的風(fēng)電功率盡量平均分布，在分鐘級(jí)以下時(shí)間尺度上，可通過(guò)串聯(lián)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子變速控制和增設(shè)儲(chǔ)能單元來(lái)弱化串聯(lián)風(fēng)機(jī)間的耦合，減小棄風(fēng)以提高直