大规模海上风电场多端直流网的运行控制研究

• 作 者: 吴国祥
• 机 构: 上海交通大学
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 双馈风力发电系统 低电压穿越 换流站 多端直流网 直流故障

双馈风力发电系统是一个多变量、时变、强耦合的非线性系统。近年来已成为大型风电场的主选机型，其变换器尺寸小、重量轻、损耗少、成本低，能实现四象限功率运行。但双馈电机对电网电压的波动非常敏感，因此必须具备低电压穿越能力。多端直流输电能够实现多电源供电、多落点受电，是一种灵活、快捷的输电方式。多端直流汇流与组网是海上大规模风电场的发展方向，和交流传输、轻型直流输电相比有明显的优势，可以提高海上风能接入和传输的灵活性、可靠性、经济性和故障运行的冗余性。　　
本文对电网电压跌落时双馈风力发电系统的暂态性能和双馈电机机端电压对称短路时的电流进行了深入研究;对海上风电直流传输和多端直流网的运行控制分别进行了研究，主要内容如下:　　
通过对电网对称跌落时双馈电机内部电磁过渡过程的分析，推导出了双馈电机在电网故障情况下定子磁链、转子电压的数学表达式。提出了一种分段控制策略，缩短了crowbar保护时间，有助于电网的快速恢复。　　
研究了电网电压不对称跌落情况下双馈电机的定子磁链和转子电压，以及在各种不对称跌落情况下的定子磁链的初始值，并对转子绕组和转子侧变换器的危害进行了对比分析。　　
分析了海上风力发电高压直流传输的特点，研究了换流站的的电压电流特性和换流站之间的协同控制方法，对多端直流网的运行控制进行了分析。　　
海上风力发电多端直流网拓扑结构复杂多变，对环形拓扑、星形拓扑、中心环形拓扑、风电场环形拓扑、电网环形拓扑等进行了对比分析，并提出了直流短路故障时的优化控制方案。