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轻型直流输电技术在并网风力发电中应用 　　摘 要：现今开发利用风能、变速恒频并网发电技术等风力发电的研究发展日新月异，在风力发电系统和电网连接中，最常见的是采用交流传动方式直接连接，这种方式对风电电网的稳定性和要求较高，应用工程成本更大。本文主要论述了轻型直流输电技术在风力并网发电系统中的应用。 　　关键词：风力发电 ； 直流输电； 并网 ；脉宽调制 　　中图分类号：TM72 文献标识码：A 　　当前电网风力发电系统中，国际上主要采用交换传输与电网连接，风电机组发出的电能经机组变流器变换后就近接入交流电网并直接连接风机逐步提高产能。在风机功率逐步提升其自身稳定性对电网影响力较大，由于环境原因，风电场一般都远离大电网或负荷地，风力发电须通过远距离传输；从经济的角度，大型风力发电所采用直流传输技术线和运营成本比交流电源更经济，同时确保了质量和电网的稳定性，使用轻型直流输电（VSC-HVDC）技术为风力发电系统的长距离传输和风力发电并网提供了一个新的解决办法。 　　1 技术研究概述 　　轻型直流输电技术（VSC-HVDC），由ABB公司提出于90年代后期发展的一种新型的高压直流输电（高压直流电，HVDC）技术，它采用绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）和脉冲宽度调制（PWM）技术的电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）进行换具有于传统的HVDC技术相比，可实现灵活的有功和无功功率独立控制，可减少变流器站过滤设备体积，易构成多端直流系统，并采用经济优势和特种电缆直流输电。此技术在交流电压和无功功率风能主动控制能力方面，对电波产生的快速反应能力尤其适合于并网风力发电系统。 　　轻型直流输电技术的一个重要应用是连接交换风力发电场与网络，主要包括系统建模和特性分析两个方面。现存的研究模型：根据电压源换流器电路拓扑的机组动态数学模型，通过分析风力发电机组的动态过程，对轻型直流输电风力发电系统的控制结构和动态控制策略按照次序进行设计；将VSC等效为电压源，再简化直流传输线的动态数学模型，建立多个风电机组发电数学模型，对风电场各机组的风能转换关系及运行原理进行研究。 　　轻???直流输电的风力发电系统控制研究主要有：为提高系统的稳定性和有效阻尼振荡，使用非线性鲁棒控制等方法对轻型直流输电系统电压进行控制；让风能可以大量输出。该系统可以有效解决电压和功率要求的变化。非常合适在链接交换网络系统和风电场。 　　2 技术原理 　　2.1 系统结构 　　轻型直流输电（VSC-HVDC）技术，是在IGBT和PWM波形基础上开发的一种必威体育精装版型的高压直流的输电技术，主要作用是实现两个系统互相之间的电能传输。它的拓扑结构，如下图1所示： 　　典型的轻型直流输电系统拓扑结构由以下几个主要部分构成： 　　（l）交换源（AC Source）：用来连接两个交换源系统。甚至可以与不同频率的电网，或者风电场或其他中小型发电设备和电网相连接，轻型直流输电技术同时也应用于无源符合的电力负载系统； 　　（2）变压器（Transformers）：它和通信系统连接将交换网络电压转换为适合电能变换、VSC换流器站的振幅，受VSC功率开关器件的大小限制，振幅一般不超过+ 150千伏； 　　（3）电抗器（Phase reactors）：用于传输系统的有功和无功功率、电流的调节，减少在VSC换流站中，由于PWM技术而产生的高频谐波的含量； 　　（4）交流滤波器（AC filters）：谐波对交流系统等设备造成一定干扰，采用PWM技术、滤波器的容量的过滤器比传统的高压输电会小很多； 　　（5）VSC换流站（VSC Converters）：分受端和送端两个换流站，分别对整流和逆变进行操作，通过对VSC的控制，实现系统对活跃无功功率传输和系统控制功能； 　　（6）直流电（DC Capacitors）：在受端和送端设立容量相等的两个电容，目的是支持功率流动提供能量能量缓冲路径和电压缓冲区、以减少一侧的直流电压波纹； 　　（7）直流电缆（（DC Cables）：新型直流电缆，重量轻、体积小、绝缘性能好、传输能力强等特点，适用于地下、水下铺设。 　　2.2 控制策略 　　轻型直流输电系统适用于功率输送，要求VSC能独立控制有功和无功，功率实现双向流动，维护直流输电线路电压稳定；对电压波动的快速响应， 独立控制每个转换站。 　　传统的高压直流输电控制中：功率传输一端控制直流电压稳定，另一端控制有功功率，实现功率平衡，潮流可以流到任何方向，不能独立于有功控制。 　　轻型直流输电中：增设一个自由度来进行控制，由于采用了PWM调制技术，能独立操控有功和无功，无功功率在不改变直流电压的情况下，由交流电压或者设定值对送端或受端分别进行控制，有功功率用交流侧设定值来控制交流电压、频率。