海上风电直流并网工程用新型柔性直流耗能装置电气设计研究

直流耗能装置是解决岸上交流系统故障情况下的海上风电场故障穿越难题的最有效途径,为此,文中提出一种海上风电直流并网工程用新型柔性直流耗能装置,明确耗能装置拓扑及其功率控制原理,研究耗能装置电气参数设计方法,通过仿真验证耗能装置的电气特性及在海上风电并网工程中的运行效果,与传统直流耗能装置相比,提出的直流耗能装置具备阻值连...     

基于模糊PI控制的海上风电柔性直流输电整流器研究

为提高海上风电柔性直流输电电压等级,抑制直流侧电压跌落和闪变,将三相电压源变流器用于送端整流器。采用多个功率单元级联的拓扑结构,电流内环采用PI解耦控制、电压外环模糊PI调节双闭环控制方式。分析了变流器数学模型,建立了MATLAB/Simulink仿真模型,实现了电压级联输出,在线PI参数整定。仿真结果验证了该系统在海上风电柔性直流输电应用中的有效性。     

基于CET变换器的串联型风电全直流系统研究

串联型汇集送出方案被认为是规模化远海风电全直流系统最可能实现的方案。为避免串联型直流风电机组因风电机组间耦合特性引起的过电压现象和风功率损失,使系统实现高压直流送出和具备直流故障自清除能力,提出了基于容性能量转移原理DC/DC变换器(capacitive energy transfer principle based DC/DC transformer, CET- DCT)的新型串联系统。该系统拓扑中海上升压站为CET-DCT结构,并采用基于混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的直流风电机组和岸上换流站。以实现风电机组全工况下的最大功率点跟踪、穿越多种直流故障为目标,设计了系统的控制与保护策略。基于PSCAD/EMTDC搭建了传统串联系统和新型串联系统的仿真模型。对传统串联系统风电机组间功率不平衡工况的仿真,验证了风电机组的过电压和风功率损失现象。对新型串联系统稳态工况和故障工况的仿真,验证了新型串联系统的运行特性及所提策略的有效性。     

海上风电直流送出与并网技术综述

随着深远海风电开发利用的快速发展,风电直流送出与并网成为技术热点.针对风电交流汇集直流送出、低成本直流送出、多端直流送出和多电压等级直流送出技术,全面论述了海上风电直流送出技术在系统拓扑、装备、控制与保护方面的现状和存在的问题,以及研究热点和发展趋势,指出海上风电场集群共享直流集中送出是近期的主流方案,系统的宽频振荡是亟待解决的问题,使整体系统体现主导电源特征是关注的热点.为降低成本,基于二极管整流送出的技术路线具有良好的预期,但纯二极管整流送出需要风电机组的改进.海上风电多端直流并网系统的成熟依赖于低成本直流断路器和暂态控制保护技术的进步,而海上风电多电压等级直流并网系统尚缺乏直流变压器等关键装备的支撑.     

海上风电混合级联直流输电系统直流短路故障分析与隔离

针对海上风电混合级联直流输电系统三种典型的直流短路故障造成系统整体停运问题,提出一种利用模块化多电平换流器进行故障隔离的方法,来提升系统运行的可靠性和灵活性。首先,对海上风电混合级联直流输电系统进行潮流分析,介绍其控制策略。然后,分析系统的直流故障特性,为了隔离直流短路故障电流,以自阻型模块化多电平换流器为例进行隔离策略分析和子模块冗余设计。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建海上风电混合级联直流输电系统的仿真模型,仿真结果表明了本文提出的直流短路故障分析的正确性和隔离策略的有效性。     

基于二极管整流器的双极型复合式海上换流站及其控制策略

为提高海上换流站的紧凑型性并降低换流站一次性投入成本,西门子公司提出了基于二极管整流器(diode rectifier,DR)的高压直流输电技术,在此基础上,国内外学者对其控制策略及各种串并联拓扑进行了研究,但仍存在结构复杂、可行性差、运行灵活性低等问题。为此,提出了基于二极管整流器的双极型复合式海上换流站拓扑,正负极分别采用模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)和DR,以充分利用MMC灵活可控和DR体积小、成本低、可靠性高的优点。为降低直流电缆输电损耗,提出了复合式换流站正负极功率平衡控制,将接地极电流控制在零附近,提高了输电效率,可将高压直流电缆所产生的损耗降低67.7%。设计了限功率控制,在发生直流非对称故障期间通过低速通信,可主动对风电场发出功率进行限制,防止了换流站过电流风险,提高了系统可靠性。最后通过PSCAD/EMTDC仿真分析对所提拓扑及其控制策略进行了可行性验证。     

多功能直流集电器概念及其全直流海上风电系统

直流汇集与输送是未来大规模海上风电系统的主要发展方向之一.为了实现低成本、高效率和高可靠性的海上风电全直流组网与输送,该文提出一种多功能直流集电器概念及其海上风电直流组网方案.通过引入直流集电器对风机单元进行能量汇集和级联升压,所构成的全直流组网系统不仅减小了机侧换流器规模和海上换流站平台,同时消除了风机的功率波动对于...     

直流断线故障下海上风电经柔性直流送出系统的暂态特性

断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值.首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响.其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性....     

用于全直流海上风电系统的单相混合型MMC直流变压器及其控制策略

全直流海上风电场是未来发展大规模远距离海上风电的重要手段之一,然而高变比大容量的直流变压器作为全直流海上风电场中的关键设备,其拓扑结构和控制方式仍有待深入研究。为此,提出了一种单相混合型模块化多电平换流器型直流变压器(single-phase hybrid modular multilevel converter DC transformer,SHMMC-DCT),可以通过最近电平逼近控制实现超高变比的直流升压,并且令子模块电容电压在较低的开关频率下保持均衡。故障处理方面,提出混合子模块与耗能电阻结合的方式清除故障电流,可以代替价格高昂的直流断路器。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了采用SHMMC-DCT的全直流海上风电系统的仿真模型。结果表明,SHMMC-DCT不仅能够可靠高效地送出风电场直流功率,而且可以在高压直流侧短路时快速阻断电流,验证了SHMMC-DCT拓扑及其控制策略的可行性。     

基于直流串联的风电场运行特性分析

讨论直流串联型风电场的种类和结构,以隔离型直流风电机组构建串联型风电场,分析其工作原理、稳态和动态特性。从风力发电机和变流器的角度,分析了该风电机组的结构和特点。根据直流串联型风电场的特性,讨论了风电机组两种控制策略：正常模式和电压限幅控制模式。利用风电机组简化模型对风电场运行特性进行仿真验证;仿真结果与直流串联型风电场的特性分析一致,说明该风电场具有很强的实用性。     

大型海上风电场并网接入方案研究

目前,我国海上风电正处于建设初期,随着国家海上风电政策逐步明朗化,我国海上风电将迎来大发展时期.在综合考虑并分析了影响海上风电并网的相关因素:装机规模、送电距离、并网方式、海底电缆输电能力、电网网架、风电无功配置等,经技术经济比较后,提出了4个典型的海上风电场并网接入方案.并网方案的提出可为当前在建和规划建设的我国海上风电场的并网设计方案提供一整套解决方案,规范系统方案,明确风电送出方案的设计原则与思路,可以有效提高设计水平和效率,保障电源电网安全稳定运行,实现风电与电网的协调发展.     

适用于高压直流传输的海上直流风电场内网拓扑的比较分析

随着海上风电的发展,直流风电场及其合适的内网拓扑正得到更多的关注。在缺乏实际工程可供参考的情况下,借鉴已有的大型海上交流风电场的经验,拟定可信的海上直流风电场工程算例。从损耗、经济性、可靠性3项经济技术性指标,对适用于高压直流传输的直流风场内网4种不同拓扑结构进行定量的比较分析。分析结果表明,串-并联型和并-串联型内网拓扑可能是未来适用于高压直流传输的海上直流风电场的选择。     

大型风电场并网运行的问题及其对策

随着国家能源结构的调整,并网运行的风电规模迅速增加,对大规模风电集中并网引发相应的安全问题如何评估和解决是风电发展过程中急需解决的问题。文章结合大规模风电场集中接人后电网的调频能力、无功电压控制、电能质量等方面的影响进行分析,并提出相应的对策和建议。     

海上直流风电场内网中串联直流风机的变速控制

直流风电场内网中直流风机的串联被证明是一种有潜力的大规模海上风能汇聚方案。然而,直流风机电压限幅期间的弃风现象是制约直流串联型风场商业化的主要因素。描述了海上直流风场内网中串联直流风机的耦合特性。为减少弃风,提出了电压限幅下串联直流风机的变速控制策略。为实现风场级研究中的所有控制,建立了含机电暂态特性的直流风机平均值模型。仿真算例结果,验证了所提策略的有效性。     

采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案

远海风电场具有更加丰富和稳定的风能资源,是未来风电发展的主要趋势,目前远海风电主要通过柔性直流系统并网。整流侧采用二极管不控整流单元（diode rectifier unit, DRU）具有明显的经济优势和发展前景,是学术界和工业界的研究热点。为了进一步提高远海风电送出系统的经济性,以整流侧采用DRU的高压直流输电系统为基本拓扑,提出采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案,通过把风电场交流电网的运行频率选为100~400 Hz,可以大幅度减小升压变压器和交流滤波器的体积和重量。同时,提出适用于中频不控整流直流系统的风电机组控制策略,其中,机侧换流器采用定直流电压控制,网侧换流器在全局统一参考坐标系下同时实现定功率控制和定交流侧电压控制。最后,通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真,对所提方案的可行性进行验证。     

基于DC-GRID的海上风电场控制策略研究

提出了基于直流传输的海上风电场系统的控制策略,同时建立了基于DC-GRID的海上风电场系统模型。系统由永磁同步风机机组、离岸全桥直直变换器、岸端逆变器组成。各个永磁同步风电机组分别并联在高压大功率全桥DC-DC上,由升压后经过直流传输到岸端VSC之后,经逆变到适合交流电网传输的电压后并网。控制策略以及系统模型由MATLAB/SIMULINK仿真验证。     

基于模块化隔离型DC/DC变换器的海上直流风电场并网方案

与传统的海上风电场采用中压交流系统汇集电能不同,海上直流风电场采用直流系统实现电能的汇集和远距离传输。为减小海上风电场的投资,提高其运行效率,设计了一种基于模块化隔离型DC/DC变换器(MIDC)的新型海上直流风电场并网方案。首先,对三种可能作为MIDC子模块的DC/DC变换器进行了参数设计和对比分析,最终确定了LLC串并联谐振变换器作为MIDC子模块的拓扑。在此基础上,设计了MIDC的控制系统,在实现MIDC子模块间均压和均流的同时,实现了对风力发电机组输出功率的最大功率跟踪。最后,通过仿真验证了所设计的海上直流风电场并网方案的可行性和所设计的MIDC控制系统的有效性。     

浅谈海上风电场电力系统

海上风电场电气系统的设计方式直接影响风电场的可靠运行、有功损耗、投资成本等。文章从风电场电气系统的4个主要因素进行介绍和分析,并根据项目规划,结合水域特点,对其在设计、施工和运行等阶段可能出现的问题进行了阐述,为海上风电项目的建设提供参考。