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

1、風(fēng)力發(fā)電是世界增長(zhǎng)最快的新能源，近年來(lái)裝機(jī)容量持續(xù)快速增長(zhǎng)，并呈現(xiàn)大型化、規(guī)?；厔?shì)。隨著風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的比重日益加大，大型風(fēng)電基地的安全穩(wěn)定運(yùn)行、并網(wǎng)消納、遠(yuǎn)距離輸送引起了風(fēng)電行業(yè)的高度重視，因此風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越（LVRT）技術(shù)以及輕型直流輸電(VSC-HVDC)輸電技術(shù)己成為風(fēng)電技術(shù)研究的熱點(diǎn)。本文在對(duì)雙饋異步發(fā)電機(jī)組(DFIG)、永磁同步發(fā)電機(jī)組(PMSG)兩種主流變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其LVRT特性進(jìn)行對(duì)比分析后，選擇

2、PMSG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)PMSG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)交流及直流并網(wǎng)的LVRT技術(shù)展開(kāi)研究。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾點(diǎn):
　　(1)建立風(fēng)力機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，并采用直流電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制仿真模擬風(fēng)力機(jī)特性;建立PMSG及機(jī)組并網(wǎng)變流器的模型，設(shè)計(jì)電網(wǎng)側(cè)和電機(jī)側(cè)變流器的控制電路，實(shí)現(xiàn)功率解耦控制、最大風(fēng)能跟蹤控制等功能并進(jìn)行仿真分析;將直流電動(dòng)機(jī)與PMSG機(jī)組構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，搭建直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和PMSG控制系統(tǒng)組成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

3、，設(shè)計(jì)微機(jī)控制軟件并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(2)剖析PMSG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓跌落期間的暫態(tài)特性，指出其在交流并網(wǎng)時(shí)存在的問(wèn)題，對(duì)PMSG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)目前采用的典型LVRT技術(shù)方案進(jìn)行比較并指出其不足;提出基于分層控制的PMSG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)LVRT技術(shù)，研究分層控制策略并設(shè)計(jì)算法流程;對(duì)LVRT分層控制算法進(jìn)行詳細(xì)的仿真分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證其可行性。
　　(3)提出一種并網(wǎng)側(cè)附加變流器的PMSG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4、，并提出風(fēng)電并網(wǎng)逆變和APF統(tǒng)一控制的理論;建立副變流器的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)其穩(wěn)態(tài)時(shí)作為APF運(yùn)行的控制算法;分析新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PMSG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓跌落期間的暫態(tài)特性，提出LVRT期間主、副變流器無(wú)功支持的原理，結(jié)合發(fā)電機(jī)功率控制、直流卸荷電路提出LVRT分層控制策略;對(duì)其穩(wěn)態(tài)APF控制算法及暫態(tài)LVRT分層控制算法進(jìn)行詳細(xì)的仿真分析，并在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(4)分析PMSG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用VSC-HVDC直流并網(wǎng)輸

5、電的優(yōu)點(diǎn);建立VSC-HVDC變流器在三相靜止及同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的模型，同時(shí)建立直流線路的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)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(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器;提出VSC-HVDC聯(lián)接PMSG風(fēng)電場(chǎng)的直流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，探討穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下VSC-HVDC和風(fēng)電機(jī)組各變流器的控制策略。
　　(5)分析通過(guò)VSC-HVDC并網(wǎng)的PMSG風(fēng)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(wǎng)PMSG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)LVRT控制策略，設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)側(cè)VSC-HVDC變流站的交流電壓控制算法，并提出相應(yīng)的PMSG風(fēng)電機(jī)組LVRT分層控制，共同構(gòu)成基于電壓控制的LVRT協(xié)調(diào)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(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)側(cè)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(wǎng)故障的判據(jù)，有效地消除了通訊延遲;提出通過(guò)VSC-HVDC并網(wǎng)的PMSG風(fēng)力發(fā)