變速永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)交直流并網低電壓穿越技術研究.pdf

1、風力發(fā)電是世界增長最快的新能源，近年來裝機容量持續(xù)快速增長，并呈現大型化、規(guī)模化趨勢。隨著風電在電力系統(tǒng)中的比重日益加大，大型風電基地的安全穩(wěn)定運行、并網消納、遠距離輸送引起了風電行業(yè)的高度重視，因此風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越（LVRT）技術以及輕型直流輸電(VSC-HVDC)輸電技術己成為風電技術研究的熱點。本文在對雙饋異步發(fā)電機組(DFIG)、永磁同步發(fā)電機組(PMSG)兩種主流變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)及其LVRT特性進行對比分析后，選擇

2、PMSG風力發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，重點對PMSG風力發(fā)電系統(tǒng)經交流及直流并網的LVRT技術展開研究。主要研究內容包括以下幾點:
　　(1)建立風力機的精確數學模型，并采用直流電動機直接轉矩控制仿真模擬風力機特性;建立PMSG及機組并網變流器的模型，設計電網側和電機側變流器的控制電路，實現功率解耦控制、最大風能跟蹤控制等功能并進行仿真分析;將直流電動機與PMSG機組構成風力發(fā)電系統(tǒng)，搭建直流電動機控制系統(tǒng)和PMSG控制系統(tǒng)組成實驗系統(tǒng)

3、，設計微機控制軟件并進行實驗驗證。
　　(2)剖析PMSG風力發(fā)電系統(tǒng)在電網電壓跌落期間的暫態(tài)特性，指出其在交流并網時存在的問題，對PMSG風力發(fā)電系統(tǒng)目前采用的典型LVRT技術方案進行比較并指出其不足;提出基于分層控制的PMSG風力發(fā)電系統(tǒng)LVRT技術，研究分層控制策略并設計算法流程;對LVRT分層控制算法進行詳細的仿真分析，并通過實驗系統(tǒng)驗證其可行性。
　　(3)提出一種并網側附加變流器的PMSG風力發(fā)電系統(tǒng)新型拓撲結構

4、，并提出風電并網逆變和APF統(tǒng)一控制的理論;建立副變流器的數學模型，設計其穩(wěn)態(tài)時作為APF運行的控制算法;分析新型拓撲結構的PMSG風力發(fā)電系統(tǒng)在電網電壓跌落期間的暫態(tài)特性，提出LVRT期間主、副變流器無功支持的原理，結合發(fā)電機功率控制、直流卸荷電路提出LVRT分層控制策略;對其穩(wěn)態(tài)APF控制算法及暫態(tài)LVRT分層控制算法進行詳細的仿真分析，并在實驗系統(tǒng)上進行驗證。
　　(4)分析PMSG風力發(fā)電系統(tǒng)采用VSC-HVDC直流并網輸

5、電的優(yōu)點;建立VSC-HVDC變流器在三相靜止及同步旋轉坐標系下的模型，同時建立直流線路的數學模型，構成VSC-HVDC系統(tǒng)的全狀態(tài)模型;分析VSC-HVDC變流站的控制方式及其選擇原則，并設計相應的控制器;提出VSC-HVDC聯接PMSG風電場的直流風力發(fā)電系統(tǒng)結構，探討穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)下VSC-HVDC和風電機組各變流器的控制策略。
　　(5)分析通過VSC-HVDC并網的PMSG風力發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)特性;提出基于電壓控制的VSC-

6、HVDC并網PMSG風力發(fā)電系統(tǒng)LVRT控制策略，設計風電場側VSC-HVDC變流站的交流電壓控制算法，并提出相應的PMSG風電機組LVRT分層控制，共同構成基于電壓控制的LVRT協(xié)調控制策略。
　　(6)提出基于頻率控制的VSC-HVDC系統(tǒng)LVRT控制策略，設計風電場側VSC-HVDC變流站的頻率控制算法。提出采用VSC-HVDC直流線路電壓作為電網故障的判據，有效地消除了通訊延遲;提出通過VSC-HVDC并網的PMSG風力發(fā)