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海上混合风电场经MMC-HVDC并网的故障穿越控制策略研究

海上混合风电场经MMC-HVDC并网的故障穿越控制策略研究

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作者：张辽湖南大学

学位级别：硕士

优化能源结构,提高风力发电等清洁能源在能源发电中的占比,是实现碳达峰、碳中和的重要途径。海上风电相比陆上风电具有资源丰富、风力稳定等诸多优点,未来海上风电必将在新能源发电中占据重要地位。柔性直流输电技术作为海上风电并网... 详细信息

优化能源结构,提高风力发电等清洁能源在能源发电中的占比,是实现碳达峰、碳中和的重要途径。海上风电相比陆上风电具有资源丰富、风力稳定等诸多优点,未来海上风电必将在新能源发电中占据重要地位。柔性直流输电技术作为海上风电并网的首选方案,要求柔性直流输电系统必须具备一定的故障穿越能力,以保证网侧交流系统发生故障时海上混合风电场能够不脱网持续运行。本文以海上混合风电场经柔性直流输电并网的系统为研究对象,就风电机组低电压穿越控制、海上混合风电场等值建模及风电场经柔性直流输电系统并网的故障穿越控制展开研究。本文的具体研究工作如下:针对电网故障期间变速恒频风电机组的低电压穿越问题,提出了附加保护电路与无功电流补偿的协调控制策略。首先,建立了变速恒频风电机组的风速模型、风力机模型、双馈风机数学模型以及永磁直驱风机数学模型;然后分别在原有附加保护电路的基础上加入无功电流补偿法进行协调控制,以提高机组低电压穿越能力。最后在PSCAD平台上搭建了含所提控制策略的风电机组仿真模型。仿真结果表明所提低电压穿越控制策略可以在抑制直流母线电压波动的同时向电网提供无功支撑,有效提高了机组低电压穿越能力。针对混合风电场详细模型时域仿真时间过长的问题,提出了基于粒子群算法优化KMeans的混合风电场分群方法。首先选取了混合风电场的风速、转子转速以及有功功率共同作为分群指标,然后采用粒子群算法优化聚类中心,进而建立了考虑最优聚类中心参数的混合风电场等值模型。对比分析了混合风电场详细模型、单机等值模型及多机等值模型在不同工况下的功率输出特性,仿真结果表明本文所提出的混合风电场等值模型与详细模型具有更好的一致性。针对海上混合风电场经柔性直流输电并网系统在电网故障期间出现的直流电压越限问题,提出了降压控制与超级电容协调的故障穿越控制策略。首先,建立了直流线路、直流卸荷电路以及超级电容的数学模型。然后对降压控制与超级电容进行分阶段协调控制。第一阶段,根据直流电压动态调整风电场侧交流电压参考值以减小风电场的输出功率;第二阶段,一旦直流电压超过预设的阈值,便会启动超级电容系统以实现降压控制和超级电容的协调控制。仿真结果表明所提出的故障穿越协调控制策略可以有效抑制直流电压升高、加快直流电压恢复。

关键词：双馈风电机组永磁直驱风电机组混合风电场等值柔性直流输电系统故障穿越协调控制策略

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