基于VSC-HVDC联网的风电场故障穿越控制策略研究

风力资源的不均衡分布造成风电场分布分散，而本地电网消纳容量有限，通常需要将分散的风电功率集中跨区域外送，柔性直流输电系统(VSC-HVDC)被认为是解决这一瓶颈问题的最佳方案。本文重点研究了用于多个风电场与多个电网互联的VSC-HVDC控制策略以及交流电网故障时系统的故障穿越方法。 1.建立了VSC-HVDC数学模型，设计了用于风电场并网的VSC-HVDC双闭环矢量控制策略。建立了在dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC数学模型，设计了基于电流前馈补偿解耦的电流内环控制策略，并讨论了直流电压、有功/无功、交流电压等外环控制策略，实现了有功无功解耦控制。重点研究了风电场通过VSC-HVDC并网时的控制策略，提出了风电场侧换流站矢量化无限大电源控制策略，实现了交流电压频率、幅值的恒定控制以及自动汇集风电功率。 2.研究了用于多个风电场与多个电网互联的VSC-HVDC系统控制策略。根据VSC-HVDC换流站的直流侧运行特性，设计了满足不同的功率分配要求的协调控制策略，通过设置控制器的下垂系数与限流值，控制系统直流电流的大小和方向有效的控制系统的潮流，灵活控制风电功率的分布。 3.着重讨论了交流电网故障时，基于VSC-HVDC联网的风电场故障穿越问题。交流电网发生故障导致电压跌落后，由于VSC-HVDC的功率传输能力下降导致直流侧功率过剩，产生直流过电压。为了保证故障期间系统功率平衡，提出了基于风电机组惯性的故障穿越控制策略。该控制策略将VSC-HVDC直流电压所反映的功率不平衡信息以频率的形式反映到风电场，然后利用风电机组的惯性调节输出功率，提高系统的故障穿越能力。通过仿真验证了理论的正确性和有效性。 4.构建了VSC-HVDC实验系统，对VSC-HVDC的运行特性以及本文提出的控制策略进行了实验研究。实验结果显示，本文所研究的VSC换流站双闭环矢量控制策略能够实现VSC-HVDC的稳态运行。模拟了用于风电场并网的VSC-HVDC系统，实验表明，VSC-HVDC能够平衡风电功率波动，实现平稳并网。