基于轻型直流输电的风电系统控制策略研究

随着不可再生能源的日益枯竭,风能作为可大规模利用的再生能源,已经受到了世界各国的重视。目前,风电的发展重点开始由陆地转向海洋。海上风电场通过交流电缆联网,容性功率严重制约着海上风电场的联网。另外,大容量风电场联网将给电力系统带来电压、线路潮流等控制问题也将不容忽视。轻型直流输电(VSC-HVDC)采用电压源换流器技术,其良好的可控性为风电场联网提供了一种较好的解决方案。本文对基于VSC-HVDC的风电系统的相关技术展开了研究。 首先分析了双馈风力发电机(DFIG)和鼠笼异步风力发电机的功率流向、数学模型和控制理论。采用矢量控制实现了DFIG的有功功率和无功功率的解耦控制以及最优功率曲线追踪。为了解决DFIG并网将导致的系统频率特性变差,提出将DFIG的转子转速和系统频率引入DFIG的有功功率控制环,仿真结果证明该方法改善了系统的频率调节特性。 研究了VSC-HVDC在风电场联网中的应用,对VSC-HVDC的控制策略进行了研究和分析。采用直接电压控制策略控制风电场的频率,实现了鼠笼异步风力发电机的变速运行,同样将直接电压控制应用于DFIG风电场联网。仿真结果表明,采用直接电压控制可以提高鼠笼异步风力发电机低风速下的风能利用率;采用直接电流控制策略可以对交流系统的频率和电压、线路的潮流加以控制。 将上述研究应用于多端轻型直流输电系统。对非故障和故障情况下的系统进行仿真研究,结果表明VSC-HVDC的换流站采用定有功功率控制,即使风电场的风速或负荷急剧变化,VSC-HVDC仍然能够严格控制线路的潮流;当交流系统出现低电压或者短路故障时,VSC-HVDC能够将风电场和故障系统隔离,从而提高了非故障系统风电场的接入能力。