多端海上风电低频交流接入协调控制及谐波抑制

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海上风电具有容量大、出力稳定、发电时间长等优点,是一种具有巨大发展潜力的新能源形式。现阶段的海上风电还集中在近海海域,鉴于深远海域的发电潜力,海上风电也正在往大容量、远距离的趋势发展。与目前应用广泛的高压直流(High Voltage Direct Current,HVDC)和工频交流(High Voltage Alternative Current,HVAC)的输电方式相比,低频交流(Low Frequency Alternative Current,LFAC)输电通过降低输电频率,提升了交流电缆的传输容量和距离,省去了海上补偿站,其关键的技术设备如断路器等也不如直流设备复杂,因此从经济性和技术性的角度,LFAC是深远海域风电输送的理想输电方式。目前有关LFAC的研究主要集中在单输入单输出系统以及新型换流器的阀级控制上,对其在多端系统上的应用以及远距离输电时的问题的研究还不足。本文主要针对一种适用于深远海风电送出的LFAC换流站级控制模型,提出将其拓展到多海上及多陆上端口结构的输电系统的协调控制方法,并考虑了长距离电缆的影响,对传统的控制方法进行了改进,以及对长电缆参数造成的谐波影响和抑制措施进行了分析和研究。本文的主要内容如下:(1).根据一种送端定功率、受端定电压的控制方式,搭建基于背靠背电压源型换流器(Back to Back Voltage Source Converter,Bt B VSC)的换流站层级的单输入-单输出控制模型,选择双环控制器作为VSC的基本控制结构,针对三个主要VSC的功能进行控制器的构建,并针对深远海风电的典型参数,通过仿真对控制模型的电压建立、功率控制等功能进行验证。(2).针对原本的单输入-单输出控制模型,实现其到多端系统的拓展。从端口功率控制的角度,送端定功率的控制方式使其容易实现多海上端口的拓展,但当输电线路增多时,受端定电压的控制方式就不能实现陆上端口的输入功率控制。本文针对这一问题对陆上换流站的控制模型进行改进,在双环控制器的基础上再引入一环下垂控制来改变电压频率的给定方式,并考虑长电缆非纯感性的特点,推导PQ耦合的下垂控制方程,由此构建陆上端口间的定电压-下垂协调控制模式,并在Simulink中对协调控制的效果进行仿真验证。(3).针对长距离输电时LFAC系统中出现的谐波问题,采用阻抗测量的方法进行输电线路上的谐波分析,并通过调整系统参数进行谐波抑制。由于电缆分布参数的存在,长距离LFAC输电线路上的电压容易因谐振出现波形畸变。阻抗分析将整个LFAC系统分为电源和负载两个子系统,通过测量端口阻抗的频率响应,由幅频特性的稳定判据进行系统谐波频率的分析。根据端口阻抗的幅频特性曲线,调整系统参数使原有的谐振频率满足稳定判据,从而实现该频率下的谐波抑制。
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