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轻型直流输电在风电传输当中的应用

作　者: 李功克
导　师: 姚国兴
学　校: 华南理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 风力发电轻型直流输电(HVDC Light) 换流阀
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

风能是一种清洁可再生能源,随着人类经济的发展,我国正在加快发展风力发电技术来代替传统能源发电。随着大量风力发电设备不断建设,风电接入电网的传输问题也日趋显得重要起来。在多种风电并网技术当中,轻型直流输电技术(HVDC Light)具有很大的优势和特点。HVDC Light技术不需要额外的补偿装置,而且可以改善电压质量和提供无功支持,因此特别适合用于大量风力发电与电网之间的互联。本文首先系统的研究了HVDC Light的运行原理和数学模型,列写出了其数学表达式,在此基础之上对HVDC Light引入了非线性解耦反馈控制,进一步推导出HVDC Light中整流站和逆变站的数学方程表达式,接着介绍了SPWM控制方式,并结合HVDC Light的运行原理和数学模型,达到了对母线电压的控制和分别对有功功率和无功功率的控制,取得了较好的效果。轻型直流输电在风电传输当中的应用,有其独有的特性和特点。本文比较了大型风电场交流并网与HVDC Light并网的各自特点,然后详细介绍了HVDC Light输电系统工程的整体结构,阐述了HVDC Light系统中换流变压器、换流变抗器、滤波器、换流阀、冷却系统等组成部分和其相应的具体功能和特点,在此基础之上,进一步阐述了风电场通过HVDC Light进行与电网连接的拓扑结构,较为完整系统的阐述了整个HVDC Light工程的运作和工作过程。换流阀是直流输电工程中的关键部分,由于HVDC Lgiht中要求换流器件为全控型器件,而HVDC Lgiht中电压等级相对较高,高电压耐压等级的全控型功率器件应用技术还不够完善和成熟,因此,作为应用技术比较成熟但耐压等级不是很高的功率器件IGBT需要串联起来使用来实现高电压耐压等级。本文着重研究了IGBT全控型功率器件的性能特点,在此基础之上,研究了IGBT串联驱动关键技术-有源电压控制技术(AVC),并对AVC驱动电路进行了硬件电路和软件设计,并采用实际的实验电路对IGBT串联进行实验,通过实验波形和所测得的实际数据进行能量损耗计算和相互比较,验证了AVC串联驱动技术实现IGBT串联的可行性,从而实现了轻型直流输电中换流阀的研制

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 风力发电的发展状况  10-13
  1.2 直流输电在风力发电当中的应用  13-18
    1.2.1 直流输电的发展历程  13-15
    1.2.2 轻型直流输电(HVDC Light)系统  15-18
  1.3 本文的研究意义和主要内容  18-20
第二章轻型直流输电的数学模型及控制方法  20-29
  2.1 轻型直流输电的基本原理和数学模型  20-22
  2.2 轻型直流输电系统的非线性控制设计  22-26
    2.2.1 整流侧控制设计  22-24
    2.2.2 逆变侧控制设计  24-26
  2.3 换流器SPWM的控制原理  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章轻型直流输电的整体系统结构  29-46
  3.1 风电场并网与HVDC Light技术  29-31
  3.2 轻型直流输电的整体结构  31-41
    3.2.1 换流变压器  33-35
    3.2.2 换流电抗器  35-36
    3.2.3 交流侧滤波器  36-37
    3.2.4 阀体  37-40
    3.2.5 阀体冷却系统  40-41
  3.3 轻型直流输电的控制系统平台  41-43
  3.4 风电场并网拓扑结构  43-45
  3.5 小结  45-46
第四章轻型直流输电中换流阀和阀驱动技术的研制  46-72
  4.1 换流阀内IGBT性能及IGBT驱动技术  46-51
    4.1.1 IGBT的结构和工作原理  46-48
    4.1.2 IGBT栅极驱动要求  48-50
    4.1.3 直流输电中IGBT驱动系统  50-51
  4.2 IGBT串联驱动技术  51-54
    4.2.1 有源电压控制(AVC)驱动技术  52-54
  4.3 AVC驱动技术的硬件设计  54-60
    4.3.1 处理芯片及输入模块  56-57
    4.3.2 信号采样反馈回路  57-58
    4.3.3 数模转换电路  58-59
    4.3.4 功率推挽电路  59
    4.3.5 AVC驱动电路板  59-60
  4.4 AVC驱动技术的软件设计  60-61
  4.5 实验平台和实验结果分析  61-71
    4.5.1 AVC驱动电路实验平台  61-63
    4.5.2 单个IGBT测试结果  63-64
    4.5.3 多个IGBT测试结果  64-68
    4.5.4 测试结果讨论  68-71
  4.6 小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-75
攻读硕士学位期间取得的研究成果  75-76
致谢  76-77

轻型直流输电在风电传输当中的应用

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