非理想电网条件下大容量混合风电场运行理论与柔性控制技术研究

With the development of large-scale wind farm with doubly fed induction generator (DFIG)-based wind turbine and full-scale converter-based wind turbine in the power grid, how to improve the safely stable operation capability under remote grid-connection conditions becomes to be an interesting topic. This project focuses on the issues about the operation adaptability and fault ride-through capability for the hybrid wind farm under non-ideal grid conditions such as unbalanced grid voltage, distorted grid voltage and grid short circuit faults. The operation principle and coordinated control method for the hybrid wind farm composed by two typical wind turbines including DFIG-based wind turbine and direct-driven permanent magnet synchronous generator (PMSG)-based wind turbine will be investigated. Firstly, the dynamic equivalent model of the hybrid wind farm will be established, and the operation characteristics of the hybrid wind farm under non-ideal grid conditions will be analyzed. Furthermore, the controllable operation area of the DFIG-based wind farm and PMSG-based wind farm will be deduced and analyzed respectively, and the coordinated control strategy for the hybrid wind farm will be proposed. Finally, the influences of the transmission line parameters and the ratio of wind farm capacity will be considered and investigated. With the comprehensive analysis and study of operation characteristics for the large-scale hybrid wind farm integrated into the grid, the operation theory and flexible grid-connection control technology for the large-scale wind farm can be further achieved, which will also lay the theoretical foundation for maximum-scale wind power generation integrated with the grid.

随着含双馈型风电系统和全功率型风电系统为主的大容量混合风电场在电网中逐步规划和建设，如何提高其在大规模远距离接入电网后的安全稳定运行能力成为值得研究的课题。本项目针对其在电网电压不平衡、电网谐波电压以及电网短路故障等非理想电网条件下的电网适应能力和故障穿越等问题，以典型的双馈风电系统和永磁直驱风电系统构成的混合风电场为研究对象，建立该混合风电场的动态等值模型，分析其在电网电压不平衡、电网谐波电压以及电网短路故障等非理想电网下的运行特性，详细推导和分析双馈风电场和永磁直驱风电场在非理想电网下的可控运行区域，提出各种工况下混合风电场的协同控制方法，并探索线路参数和风电场容量比等因素对协同控制效果的影响。通过对大容量混合风电场接入电网后的运行特性展开全面分析和研究，进一步获得大规模风电场在非理想电网条件下的运行理论和柔性并网控制技术，为实现最大规模风电接入电网的系统安全和稳定运行奠定理论基础。

随着含双馈感应风电系统和全功率型风电系统为主的大容量风电场在电网中逐步规划和建设，如何提高其在大规模远距离接入电网后的安全稳定运行能力成为值得研究的课题。本项目以两种典型的风电系统为研究对象，旨在通过对其所构成的混合风电场接入非理想电网后的运行与控制展开分析和研究，为提高大容量混合风电场接入电网的安全稳定运行奠定基础。本项目通过分析风速变化情况下双馈风电场和永磁直驱风电场的并联运行特性及其相互影响作用规律，通过研究电网电压不平衡、电网谐波电压以及电网短路故障条件下含双馈和永磁直驱风电系统的风电场的稳、暂态运行特性及其相互作用机理，以获得非理想电网条件下双馈风电场和永磁直驱风电场的协同控制策略。在电网电压不平衡条件下，研究了混合风电场中双馈和永磁直驱风电机组采用不同控制目标时的可控运行区域，并提出了混合风电场的正、负序电流协同控制策略，所提控制策略能够根据所面临的不同电网电压不平衡度和不同风电场有功出力自主选择控制目标，有效提高混合风电场并网电能质量和对不平衡电网的耐受能力；在电网电压谐波条件下，研究了混合风电场中双馈和永磁直驱风电机组采用不同控制目标时的可控运行区域，提出了混合风电场的多目标协同控制策略，所提策略在不增加辅助硬件设备和保持较高风能利用率的前提下，改善了谐波电网电压下整个混合风电场群的安全稳定性及其所并电网的电能质量；在电网短路故障条件下，研究了双馈和永磁直驱风电系统在对称和非对称短路故障条件下的可控运行区域，并提出了基于混合风电场协调的故障穿越控制策略，在不增加硬件设备并保持较大风能利用率的前提下，增强混合风电场的故障穿越能力，为实现最大规模风电接入电网的系统安全和稳定运行提供技术支撑和保障，也为含大容量风电场的电网规划建设、风电机组的设计及其运行控制提供科学依据。