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风电是绿色新能源,在环境日益受到制约的情况下,能源危机日趋严重,而风能则是解决问题的可行办法之一。由于风电具有间歇性和随机性,其直接并网对电网的影响亦较大,而通过柔性直流输电来解决风电并网问题则是较理想的方式。基于模块化多电平换流器(MMC)型直流输电并网的风电,无论是MMC的调制方式与控制技术,还是并网系统的故障穿越能力分析,都有待深入研究。 论文正是特别关注了MMC的换流机理,风电机组的数学模型,并在此基础上进行了详细的研究,取得的主要成果如下: (1)结合MMC换流器的特点,综合比较了以往调制方式,其要么开关频率较高,要么实现复杂;提出了新型的灵活逼近调制策略(FAM),分析了FAM的谐波特性与开关频率;在系统参数给定的情况下,FAM能实现最小的开关频率,且谐波畸变率几乎不受影响;其实现简单,参数调节灵活,仿真比较表明,其开关频率仅为NLM的20%,在解决MMC型换流器开关频率问题上具有独特优势。 (2)设计了MMC-HVDC的外环功率控制器,包括定有功功率、定直流电压、定无功功率、定交流电压;分析了基于异步电机的风电场的电源特性,得出异步发电机系统通过MMC-HVDC并网输电时,只能采用无源网络控制方式;设计了柔性直流输电的无源网络控制方式解决风电并网,并得到了验证。 (3)针对故障穿越问题,分析比较以往的静止限流,提出了动态限流的方法,使其在故障期间实现最大有功功率输送;对比分析了负序电流环和负序电压补偿法抑制负序电流两种方法,得出前者能实现长时间负序电流抑制,但实现复杂,后者则只针对短期抑制有效;为了提高并网系统的故障穿越能力,提出了动态改变整流器的输出电压频率,实现调频提速控制,使风电转子储能提升故障穿越能力。 (4)综上所提控制策略,针对风电场基于交流输电并网和柔性直流输电并网,比较了两种并网方式,在不同的短路故障情况下,其各自的故障穿越特性;仿真比较得出,风电场交流线路直接并网,在交流电网故障时对风电的运行影响较大,无论是转速稳定或是过电流影响;而经柔性直流并网,则可控制并网系统侧的过电流,改善风电场运行性能,能极大的提高故障穿越能力。