改进型UPQC在风电场低电压穿越中的应用研究

论文摘要

随着风电场的迅速增加,风电功率在电力系统中所占比重越来越大,风电场低电压穿越问题也越来越被广泛的关注和研究。本文在广泛研究接入电网的不同类型风力发电机的低电压运行特性和低电压穿越的主要技术的基础上,对典型的UPQC系统进行改进,并将其应用在风电场低电压穿越的场合中。该装置适用于各种风机机型,不需要对风场原有风机进行任何改动,装设在风场和电网的连接处,在电网电压跌落时帮助风电场全面地实现低电压穿越。本文装置采用串并联变流器相结合的方式,并增加了直流侧的储能控制环节,可以使风电场安全有效地实现低电压穿越。在故障期间,该装置能保持风电场出口电压不降低,避免了低电压故障对风机的损害,并且能向系统提供无功功率,帮助系统恢复正常运行。风电场在故障期间来不及输出的过剩能量转存到储能装置,系统恢复后再注入系统,从而解决电网电压跌落期间风机转速飞升以及风机系统直流电压迅速升高的问题。正常运行时,该装置可以有效改善风电场的电能质量。本文通过仿真和实验验证了该方案的有效性和优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 风力发电的发展情况
• 1.2.1 全球风力发电发展情况
• 1.2.2 我国风力发电发展情况
• 1.3 课题研究现状
• 1.3.1 风电场的低电压穿越问题
• 1.3.2 典型风机机型的低电压穿越能力分析
• 1.3.3 低电压穿越的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 2 改进型UPQC的结构和原理研究
• 2.1 经典型UPQC的低电压穿越控制能力分析
• 2.2 改进型UPQC的结构和原理
• 2.3 并联子系统结构和原理
• 2.3.1 并联子系统的工作原理
• 2.3.2 耦合变压器的影响
• 2.4 串联子系统结构和原理
• 2.5 直流子系统结构和原理
• 2.6 本章小结
• 3 改进型UPQC的控制系统研究及实现
• 3.1 并联子系统的控制设计
• 3.1.1 正序基波提取网络
• 3.1.2 指令信号计算方法
• 3.1.3 加速PID收敛的改进
• 3.2 串联子系统的控制设计
• 3.2.1 指令信号的计算
• 3.2.2 PR控制器及其数字实现
• 3.2.3 POSICAST控制器
• 3.2.4 控制效果仿真
• 3.3 直流子系统的控制设计
• 3.3.1 直流子系统工作机理
• 3.3.2 直流环节控制方法
• 3.3.3 过剩能量处理方法
• 3.4 本章小结
• 4 改进型UPQC的实验验证及结果分析
• 4.1 主电路参数的设计
• 4.2 控制电路设计
• 4.3 仿真实验
• 4.4 物理模拟实验
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢