论文部分内容阅读
随着风力发电的应用普及,风力发电中的无功功率对电力系统电能质量所造成的影响也日益突出,已成为大规模发展风电的主要制约因素之一,本文以受风速变化影响最大的鼠笼式发电系统作为研究对象,对应用于风电场中的无功补偿设备STATCOM进行无功补偿策略研究。研究表明,由于风速变化的影响,风电系统产生的无功功率也在不断变化,造成并网点功率因数下降,网侧电压波动等问题,因此保证STATCOM装置快速准确的补偿无功功率,具有重要的现实意义。本文首先分析了风速的特性和风电场的结构,应用向量图给出了风力机、变压器产生无功的原理,分析了在风速变化的影响下,风电系统中无功功率的变化和并网点处电压的波动原因,为提升在风电场中无功补偿设备的补偿效果提供理论基础。针对快速补偿系统无功功率,提出了一种预测控制方法,基于STATCOM的工作原理和拓扑结构,将STATCOM在三相静止坐标系下的数学模型进行Clark变换,得到在两相静止坐标系下的开关模型,设计了系统电流环的预测控制器,给出了控制器稳定下,参数的选取范围,在保证控制器稳定的前提下,选取控制器参数,通过仿真对比了PI控制器与预测控制器的响应速度,验证了预测控制在响应速度上的优越性。考虑到实际应用中的固有延时,提出了一种延时补偿的方法,有效地提高了系统带宽。针对系统参数在实际环境中发生的变化,引入了参数辨识的方法,讨论了不同遗忘因子取值时的辨识效果,给出最优的辨识参数。针对网侧电压波动对系统辨识的影响,提出了一种并行观测器,实时估计电压扰动和系统参数的变化,并将所得结果前馈到控制器中,提高了系统的预测精度,增加了系统的鲁棒性,利用李雅普诺夫稳定性理论分析了观测器稳定条件,搭建仿真系统模型,验证了其在风电场无功补偿的效果,提高了电力系统的稳定性。搭建基于dSPACE的STATCOM实物硬件平台,分别设计了以STATCOM为基础的主电路系统、信号处理与变换的辅助电路系统、基于d SPACE的控制系统和模拟风电场无功特性的无功负载系统。实验结果表明,所设计的控制系统STATCOM装置动静态无功补偿能力,在半个工频周期内响应无功需求,在无功功率不断变化的条件下,并网点电压跌落小于3%,满足国家对风电场并网点处的电压波动要求。