hvdc的海上风电并网控制系统设计(附件)【字数：11965】
摘 要摘 要随着社会和经济的不断发展，人类对电能的质量需求愈来愈高，以致煤炭、石油等一系列不可再生的化石能源大幅度消耗，人类生存的自然环境遭到了破坏，因为快速膨胀的开发和利用化石能源，引发了能源危机，阻碍生态文明的建设，不利于人类与自然的和谐相处。开发利用可再生能源已成燃眉之急，风能是一种新型绿色能源，因其具有发电利用率高的特点，适宜大规模开发与利用，而且占用土地面积少，已经成为我国能源开发的重点。涉及到海上风力发电讨论的一个重要话题是传输系统，海上风力发电场可以使用交流或直流技术，这些技术之间的选择取决于传输系统连接到主电网的传输距离和功率容量。必须重视的是风力发电存在的间歇性问题，会对电网电能的质量产生影响。如果采用交流技术的方式，系统将会受到稳定性方面的制约，比如功角，频率稳定等，而且会产生其他许多问题。但是如果采用基于VSC-HVDC（利用电压源换流器技术的柔性直流输电）并网控制技术则不用考虑稳定性问题。本文对基于VSC-HVDC系统的海上风电并网控制系统进行了介绍、分析、研究。高压柔性直流输电技术是一种新型直流输电技术，利用电压源换流器技术，以可控关断器件(如IGBT)以及PWM(脉宽调制)技术为基础。本文的主要内容包括以下几点:（1）介绍海上风力发电发展的现状，并对海上风力发电机组进行比较；（2）分析VSC-HVDC系统基本结构和工作原理，建立VSC-HVDC系统的数学模型；（3）以建立的VSC-HVDC数学模型为基础，利用PID控制技术原理设计控制系统；（4）建立VSC-HVDC的仿真模型，利用Matlab/Simulink进行仿真、调试, 对相关PID参数进行优化修改,分析仿真结果。关键词VSC-HVDC，海上风电并网，PID控制,脉宽调制控制
目 录
第一章 绪论 1
1.1 目的和意义 1
1.2 风力发电发展现状 2
1.2.1世界风力发电发展状况 2
1.2.2我国风力发电的发展情况 2
1.3 基于HVDC的风电场并网技术的发展 3
1.4本文的主要内容 4
第2章 VSCHVDC系统结构、原理及建模 5
2.1 概述 5
2.1.1 VSCHVDC系统结构 5
2.1.2 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1 目的和意义 1
1.2 风力发电发展现状 2
1.2.1世界风力发电发展状况 2
1.2.2我国风力发电的发展情况 2
1.3 基于HVDC的风电场并网技术的发展 3
1.4本文的主要内容 4
第2章 VSCHVDC系统结构、原理及建模 5
2.1 概述 5
2.1.1 VSCHVDC系统结构 5
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VSCHVDC工作原理 7
2.2 VSCHVDC系统的低频数学模型 9
2.2.1三相VSC的低频动态模型 9
2.2.2 VSC在dq0坐标系下的数学模型 10
2.3 本章小结 11
第3章 VSCHVDC系统控制器设计 13
3.1 系统控制器设计概述 13
3.2与有源网络连接的控制器设计 14
3.2.1 直流侧电压控制器 15
3.2.2 直流侧电流控制器 15
3.2.3 功率控制器 16
3.2.4 VSC调制波合成 19
3.3 与有无源网络连接的控制器设计 20
3.4 本章小结 21
第4章 系统的仿真和分析 22
4.1 概述 22
4.2 建立仿真模型 22
4.3 VSC系统连接电网系统的仿真 25
4.3.1换流器2系统的启动 26
4.3.2换流器1系统的启动 30
4.3.3 有功功率下降实验 33
4.3.4直流电压升高实验 37
4.4 本章小结 40
第五章 论文总结 41
致 谢 42
参 考 文 献 43
第一章 绪论
1.1 目的和意义
近几个世纪以来,人类社会迅速发展,地球能源正遭遇前所未有的消耗,随之而来还有环境问题。而解决能源与环境问题的关键就是开发风能、太阳能、水能等绿色能源,优化能源结构。在众多新能源中,风能发电具有清洁、无污染、投资灵活等优点,并且风力发电的技术成熟、资源丰富,使其成为新能源开发研究中的热点。
不同于传统的发电方式，比如燃煤发电，风力发电不需要消耗化石能源，因此不用担心会有二氧化碳的产生，以及其他污染气体的排放导致严重的空气污染问题，可见风力发电是一种利用清洁能源的发电方式。到现在为止世界上大部分的国家都已经开始重视并发展风电，开发利用风能。欧洲国家最先发展风电，成为风电发展的先驱者，已经形成规模，利用效率很高，建成大量的风电场，存在于陆上，近海和海上，而且还出台了建设风电场的标准，以及很重要的并网标准。
随着陆上风能的持续开发利用，风力资源愈来愈少，风电场的建设开始转移，从陆地发展到海上，包括近海。海上风力资源很丰富，预期能量效益相比于陆地风电能高出20%到40%，发展海上风电还有很多优势，比如海上风切小，景观、鸟类，设备噪音，电磁波等问题也比陆地上少的多，最重要的是几乎不占用土地资源，为海上风电的发展和开发奠定了基础。
对比于陆上风电厂,海上风电场具有以下优点【5,6】：
(1)海上有稳定的风速，风切角度小，风力速度也较大。海平面光滑,粗糙度小,使得风速相对陆地风速大,风能稳定、风向的变化较小,因此,建设海上风电场不用搭建较高的塔架，角小的风切保证了相关风电设备能够长时间的工作，大大降低了风电场的投资成本。
(2)湍流强度低。在海平面上，风力发电机组设备能够延长使用寿命，因为风力发电机组设备所承受的疲劳负荷比之前在陆地上要小的多，海上有稳定的主导风向，平面光滑，摩擦小的优势。
(3)具有较高的产出。在海上建设的风电机组的单机容量比在陆上大，从而可以获得更高的电能产出，因为在海上对噪音的要求很低，可开发利用的风力资源也比陆上多。
1.2 风力发电发展现状
1.2.1世界风力发电发展状况
从全球范围内来看，风电产业发展形势是很好的。据统计，截至2014年新增风电装机量达到52.52GW，与以往相比增长44%，突破以往的历史记录。到2014年底，全球风电机组装机量累计达到371.34GW，与以往相比增长,16.6%。根据统计报告显示，截止2014年，全球风电一整年的发电总量达到7500亿千瓦时/年，风力发电产生的电能占全球电能总量需求比例为3.4 %。风电利用比例高的国家:丹麦为39 %，乌拉圭大于10 %，葡萄牙大于20 % ，德国为10 %，西班牙为21% ，爱尔兰 16 % 。
2015年5月13日，在中国上海市，世界风能协会发布了关于全球风电发展的报告，报告利用详细准确的数据描述了风电近年来的发展，尤其是在2014年，全球风电市场显著扩大，效益大幅度增加。此外，世界风能协会还通过此报告进行了预测，未来五年内全球范围的风电市场将会继续扩大，平稳增长的势头将会持续存在。
1.2.2我国风力发电的发展情况
中国风能协会统计了我国在2014年风电装机容量，根据数据显示我国风电产业发展迅速，势头良好，全国范围内安装的风电机组总量大大增加，统计的数据来源不包括台湾等地区，风电机组总量达到了13121台，这里解释一下新增装机容量，也称为出厂吊装容量，具体定义为在风电场的现场，在已经完成吊装工程的基础上统计的风电机组的容量数据。根据风能协会统计的数据表明，我国安装的风电机组总量已经达到76241台，装机容量的数据为114.609MW，与以往相比增加了25.37%。
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