基于海上風(fēng)電場的柔性直流輸電技術(shù)研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,化石能源日益短缺,能源問題日益成為世界性問題。能源緊缺和環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)峻,國內(nèi)外大力開發(fā)風(fēng)能等可再生能源。近些年,風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長。目前已投運(yùn)的風(fēng)電場絕大部分是陸上風(fēng)場,但由于陸上風(fēng)電場存在用地矛盾、噪聲污染等問題,且陸上優(yōu)良場址已逐漸開發(fā)完畢,風(fēng)電的開發(fā)正向海上轉(zhuǎn)移。隨著海上風(fēng)電場規(guī)模和離岸距離的增長,傳統(tǒng)的交流并網(wǎng)方案在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上存在瓶頸,國內(nèi)外學(xué)者開始尋求新的海上風(fēng)電場并網(wǎng)方案。而柔性直流輸電具有獨(dú)

2、特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),符合海上風(fēng)電場長距離輸電的要求,是一種較為理想的海上風(fēng)電場并網(wǎng)方案。
　　 本文首先分析了風(fēng)力發(fā)電的基本原理,并簡單介紹了定槳距恒速式、雙饋感應(yīng)式以及直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn);接著對(duì)高壓交流、基于相控?fù)Q流器的常規(guī)高壓直流輸電和基于電壓源型變流器的柔性直流輸電三種并網(wǎng)傳輸方式的特點(diǎn)進(jìn)行了比較分析,并選擇柔性直流輸電作為本文的研究對(duì)象。在分析了幾種電壓源變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上,選擇了多模塊變壓器耦合型柔性直流輸電系統(tǒng)

3、的并網(wǎng)傳輸方案,在此方案中各功率模塊均采用三相三橋臂兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);接著介紹了柔性直流輸電的基本原理,重點(diǎn)研究了三相三橋臂兩電平電壓源換流器的三相靜止(a,b,c)坐標(biāo)系和兩相同步旋轉(zhuǎn)(d,q)坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型,并結(jié)合工程實(shí)際對(duì)主電路功率器件、電感和電容元件參數(shù)進(jìn)行理論分析和計(jì)算;然后在研究了柔性直流輸電的基本控制策略的基礎(chǔ)之上,設(shè)計(jì)了并網(wǎng)側(cè)變流站的定直流電壓和定交流電壓PI控制器,重點(diǎn)研究了基于(d,q)坐標(biāo)系下的控制器設(shè)計(jì)方法,同時(shí)

4、給出了海上風(fēng)電場變流站的定有功功率和定交流電壓控制框圖,并分析了控制器的PWM調(diào)制方式;在Matlab/Simulink環(huán)境下,設(shè)計(jì)了基于定槳距恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的海上風(fēng)電場仿真模型,并建立了多模塊變壓器耦合型柔性直流輸電仿真系統(tǒng),完成了在風(fēng)電場風(fēng)速突升、風(fēng)速突降、隨機(jī)風(fēng)速以及風(fēng)機(jī)退出運(yùn)行等不同情況下該輸電系統(tǒng)的仿真分析。
　　 仿真結(jié)果證明本文設(shè)計(jì)的多模塊變壓器耦合型柔性直流輸電系統(tǒng)具有較好的性能,驗(yàn)證了在風(fēng)電場并網(wǎng)過程中采用