风电场的直流互联技术研究

【摘要】：近年来,风力发电技术发展迅猛,其发电量在整个电网中所占的比重日益增加,大规模大容量风电场的内部运行和并网技术将成为未来风电领域研究焦点。 本文以永磁直驱式风力发电机组为基础,结合直流电网的相关技术,提出风电场直流互联的方法,即电机输出电能经过整流后并入直流母线,直流母线电压经直流升压站升高到可用于HVDC传输的电压等级并进行输送,然后再将直流电能经逆变器接入电网。文章分别从电机控制、换流站控制、直流电压控制和风电场能量管理几个方面进行探讨,并通过仿真软件对研究结果进行验证。 介绍了风电场直流互联的拓扑结构,提出一种新的适用于海上风电场的基于直流互联技术的风电场拓扑,对所提出结构的创新处进行详细阐述,同时总结了目前主要的风电场并网方式,并与所提拓扑结构在效率、成本和可行性等方面进行对比说明,论证了文中提出拓扑结构具有优化性。 对MMC模块化多电平基本理论在直流互联风电场中的应用做了介绍,利用最近电平逼近法设计一种基于MMC的大功率单向DC-DC变换器,并给出拓扑结构予以分析。 对永磁直驱风力发电机组、交流换流器、DC升压站的具体控制进行描述,其中,永磁直驱风力发电机组包括了风机控制、浆距控制以及机侧换流器的控制。文中先推导数学模型,再基于推出的数学模型提出相应的控制策略,做出控制框图,后对大型风电场整体的控制策略做出总结。 利用DigSILENT/Powerfactory仿真平台,将前述控制策略植入仿真模型并调试运行。研究风力发电机输出的有功功率、无功交换、定子电压,直流汇流母线上直流电压等仿真结果。通过改变风速大小、无功需求大小以及设置三相短路故障等方式,验证控制策略的可行性,同时也验证风电场在该结构和控制方式下能够实现电能的稳定输出。