多機種風(fēng)電場的建模及電網(wǎng)接入技術(shù)研究.pdf

1、由于能源危機和環(huán)境惡化問題的日益嚴重,風(fēng)能作為最重要的替代能源之一引起了越來越多的重視,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了巨大的發(fā)展?！敖ㄔO(shè)大基地,融入大電網(wǎng)”是我國風(fēng)電開發(fā)的主要模式,隨著大型風(fēng)電基地的逐步建立,風(fēng)電穿透率的逐漸增加,風(fēng)電場和電網(wǎng)之間的矛盾不斷加深,已經(jīng)嚴重制約了我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,解決大型風(fēng)電場的電網(wǎng)接入難題就變得越來越迫切。
　　 要解決大規(guī)模風(fēng)電的電網(wǎng)接入問題必須從風(fēng)電場和電網(wǎng)兩個方面入手,改變現(xiàn)有的風(fēng)電場和

2、電網(wǎng)運行方式。對風(fēng)電場來說,要求風(fēng)電場要增加可觀性、可控性,達到類似常規(guī)機組的調(diào)度性能;對電網(wǎng)來說,要求對電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力進行優(yōu)化與擴展,提高電網(wǎng)的靈活性和兼容性。本文從風(fēng)電場和電網(wǎng)接入技術(shù)兩個方面入手展開研究。
　　 首先分析了風(fēng)力機的空氣動力學(xué)特性,建立了風(fēng)電機組機械部分的數(shù)學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上給出了風(fēng)力機的槳距角控制策略。建立了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組、鼠籠異步風(fēng)力發(fā)電機組和雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的數(shù)學(xué)模型,詳細研究了這三種風(fēng)力發(fā)

3、電機組的控制策略,并在PSCAD下建立了仿真模型,進行了仿真實驗驗證。
　　 然后對含有包含三種常用類型風(fēng)電機組的多機種風(fēng)電場進行了建模和靜、動態(tài)仿真研究,分析了其運行特性,以及風(fēng)電場內(nèi)部電網(wǎng)集電效應(yīng)的影響。并就風(fēng)電場的交流電網(wǎng)接入技術(shù)展開研究,包括風(fēng)電場的相關(guān)運行特性,風(fēng)電場在電網(wǎng)故障狀態(tài)的響應(yīng)以及常用機組故障穿越能力的比較。
　　 其次建立了VSC-HVDC的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上分析和研究了基于VSC的輕型直流輸電的

4、功率特性。根據(jù)不同的應(yīng)用場合,研究了VSC-HVDC的定直流電壓控制方式、定直流電流控制(或定有功功率控制)方式和定交流電壓控制方式等三種控制策略。在PSCAD下搭建的聯(lián)結(jié)兩個交流有源網(wǎng)絡(luò),和向無源網(wǎng)絡(luò)供電的VSC-HVDC系統(tǒng)的仿真模型,證明了前面對VSC-HVDC的建模,功率分析以及所提出的控制策略的有效性。
　　 將輕型直流輸電技術(shù)用于大型風(fēng)電場的電網(wǎng)接入,詳細闡述了適合于風(fēng)電場使用輕型直流輸電接入電網(wǎng)的兩種拓撲結(jié)構(gòu),并對

5、其進行了對比分析。提出了集中控制并網(wǎng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)電場直流輸電接入電網(wǎng)的控制策略,其中風(fēng)電場換流站使用交流電壓控制以實現(xiàn)風(fēng)電場內(nèi)電網(wǎng)的電壓幅值和頻率穩(wěn)定;而電網(wǎng)側(cè)換流站使用定直流電壓控制,以保證直流電壓穩(wěn)定,輸出功率因數(shù)符合電網(wǎng)要求。并建立仿真模型對上述控制策略進行了仿真實驗驗證,同時研究了對使用輕型直流輸電的風(fēng)電場接入系統(tǒng)的故障穿越能力。
　　 最后研究了用于風(fēng)電場接入的基于MMC的輕型直流輸電系統(tǒng)。分析了現(xiàn)有的輕型直流輸電換流站的

6、拓撲結(jié)構(gòu);建立了MMC的數(shù)學(xué)模型,詳細分析了其工作過程,并在些基礎(chǔ)上建立了MMC的控制策略。MMC的控制策略包括子模塊的平衡控制和子模塊的均壓控制兩個方面,其中子模塊的平衡控制用來將MMC中的所有子模塊的電容電壓維持在一個給定的電容電壓水上;而子模塊的均壓控制主要用于保證所有子模塊上的電容電壓相等。建立了基于MMC的輕型直流輸電的數(shù)學(xué)模型,并提出了相應(yīng)的控制策略。為了解決現(xiàn)有的傳統(tǒng)載波相移調(diào)制方法造成的MMC控制復(fù)雜,揩波較大的缺點,還