@@对海上风力发电场VSC- HVDC输电系统建模和控制
VSC-HVDC系统在大型风力场中的应用
VSC-HVDC系统在⼤型风⼒场中的应⽤VSC-HVDC 系统在⼤型风⼒场接⼊系统中的应⽤引⾔：基于电压源换流器的⾼压直流输电技术（VSC-HVDC）是⼀种以电压源换流器、绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向⽆源⽹络供电、易于构成多端直流系统等优点，在对输送的有功功率进⾏快速、灵活控制的同时还能够动态补偿交流母线的⽆功功率，稳定交流母线的电压，起到STATCOM的作⽤，⾮常适⽤于⼤规模风电场并⽹。
关键词：VSC-HVDC；风电场；⾼压直流输电；脉宽调制V oltage source converter based HVDC transmission technology (VSC-HVDC) is a kind of voltage source converter, insulated gate bipolar transistor (IGBT) and pulse width modulation (PWM) technology-based new transmission technology. The transmission technology is available to the passive network-powered, easy to constitute a multiterminal DC system, etc., in the active power delivered fast, flexible control at the same bus can also communicate the dynamic compensation of reactive power, stable voltage AC bus , played the role of STATCOM is ideal for large-scale wind farms.Key Words：VSC - HVDC；Wind power; HVDC; PWM1、柔性直流输电技术概要1．1 VSC- HVDC输电原理以某柔性直流输电系统为例进⾏阐述。
海上风电并网系统的VSC-HVDC仿真报告
论文初稿海上风能具有风速大、较稳定等特点，但是海上风电场与电网的连接距离远，容量大，因此采用直流输电具有一定的优势。
基于电压源换流器（VSC）的高压直流输电（HVDC）能够实现有功功率和无功功率的灵活控制，广泛应用于远距离、大容量输电、交流系统连接和电力系统潮流控制等方面。
基于VSC的HVDC技术有别于基于电流型相控技术的传统高压直流输电，它是一种基于全控型电力电子器件（如绝缘栅双极型晶体管、可关断晶闸管等）和脉冲宽度调制（PWM）的新型直流输电技术。
该技术能够有效解决传统HVDC中存在的换向困难、谐波含量多及占地面积大等缺点。
基于VSC-HVDC的海上风电场并网结构如图所示。
海上风电机组通过交流电缆并联到一起，通过升压变压器将风力发电机的电压进行抬升，VSC1将海上风电机组产生的交流电转换为直流电，通过直流电缆传输到VSC2，经过直交变换实现并网连接。
VSC的结构如图：稳态运行条件下，忽略换流电抗器的有功损耗和谐波分量，则VSC和交流电网之间传输的有功功率P S及无功功率Q S分别为：P S=P C=U S U C sinδ(1)X LQ S=U S(U C cosδ−U S)(2)X L式中：U C为VSC输出电压的基波分量；U S为交流母线电压基波分量；δ为U C与U S的相角差；X L为换流电抗器的电抗。
在式(1)、式(2)中，X L和U S为常数，其值不变。
当δ>0时，VSC吸收有功功率；当δ<0时，VSC 发出有功功率。
无功功率主要取决于(U C cosδ−U S)，当(U C cosδ−U S)<0时，VSC发出无功功率；当(U C cosδ−U S)>0时，VSC吸收无功功率。
因此，通过对δ的控制就可以控制直流电流的方向及输送功率的大小，VSC系统还可以发或吸收一定无功功率，能够起到静止同步补偿器(STATOM)的作用，动态补偿交流母线的无功功率。
仿真分析为验证VSC-HVDC控制系统，按照图1在Matlab的Simulink环境下建立VSC-HVDC系统和控制系统模型。
海上风电经VSC-HVDC并网改进频率控制策略
华北电力大学学报Vol. 48,No.2Mar., 2021第48卷第2期2021年3月Journal of North China Electric Power Universitydoi ： 10. 3969/j. ISSN. 1007-2691. 2021. 02. 02海上风电经VSC-HVDC 并网改进频率控制策略闫家铭，毕天姝，胥国毅，刘方蕾，王 凡(华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，北京102206)摘要：大量海上风电接入电网导致系统等效惯量降低，系统频率稳定将面临挑战。
由于海上风电场与柔性直流输电系统(VSC-HVDC )具有潜在调频能力，针对海上风电经柔直并网系统提出一种改进协调频率控制策略。
在海上风电机组与柔性直流输电系统采取虚拟惯量控制的基础上，对岸上换流站附加功率-电压辅助控制，弥补因风电机组虚拟惯量控制后降低的输出功率，保证一定惯量支撑的同时进一步改善系统最大频率偏 差，提升系统频率质量。
同时对直流侧控制器主要参数进行了分析和整定，利用logistics 约束函数以确保附 加功率-电压辅助控制在不同扰动下直流电压不越限。
仿真结果表明，提出的控制方法能够提升系统等效惯量的同时进一步改善最大频率偏差，并且具有良好的适应性。
关键词：海上风电；柔性直流输电；虚拟惯量；频率控制；参数整定中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1007-2691 (2021) 02-0011-09An Improved Frequency Control Strategy for OffshoreWind Farm Connected by VSC-HVDCYAN Jiaming , BI Tianshu , XU Guoyi , LIU Fanglei , WANG Fan( State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power University, Beijing 102206, China)Abstract : Massive access of offshore wind farms to the power system reduces system equivalent inertia and destabilizessystem frequency. Considering the potential frequency control capability of offshore wind farms and Voltage Source Con verter based High Voltage Direct Current ( VSC-HVDC) Transmission system, this paper proposed an improved coordi nated frequency control strategy for offshore wind farm connected by VSC-HVDC. Based on the virtual inertia control ofthe offshore wind farms and the VSC-HVDC system, additional power-voltage control loop was added to the onshoreconverter to compensate for the reduced output power after the virtual inertia control of the offshore wind farm. The in troduction of additional power-voltage control loop ensured a certain inertia support and provide effective support for the maximum frequency deviation. This paper discussed how to select frequency controller parameters at the DC side and a dopted logistics function to ensure that the additional power-voltage control will not exceed the limit of the DC voltage variation under different disturbances. The simulation results show that the proposed strategy, which is well adaptive,improves the equivalent inertia of the system and decreases the maximum frequency deviation.Key words : offshore wind farm ； VSC-HVDC ； virtual inertia ； frequency control ； parameter setting0引言我国海上风力资源靠近负荷中心且丰富稳收稿日期：2020-09-08.基金项目：国家自然科学基金资助项目(51627811, 51725702)；中央高校基本科研业务费项目(2019MS008).定,发展海上风电不占用土地。
风力发电系统中的建模与控制研究
风力发电系统中的建模与控制研究在当今的清洁能源发展领域中，风力发电系统的应用越来越广泛。
然而，风力发电系统的性能受到很多因素的影响，如风速、方向、风机的角度等，因此需要对其进行建模和控制。
本文将对风力发电系统的建模和控制进行详细介绍。
一、风力发电系统的建模风力发电系统的建模是指对其进行数学模型的建立，以便于对其进行分析和优化。
通常，风力发电系统可以分为两类：水平轴式和垂直轴式，两者的建模方法略有不同。
1.水平轴式风力发电机的建模水平轴式风力发电机的建模通常涉及以下几个方面的内容：(1) 风速建模：风速是风力发电机发电的重要参数，其建模一般采用韦伯分布模型或雷诺分布模型等。
(2) 风机建模：风机在发电过程中的旋转角度、转速等参数的建模，可以采用PID控制器或模糊控制器进行建模。
(3) 发电机建模：发电机的建模包括稳定性、转矩特性等方面的内容，可以采用dq坐标转换进行建模。
2.垂直轴式风力发电机的建模垂直轴式风力发电机的建模通常涉及以下几个方面的内容：(1) 风车叶片建模：风车叶片的建模通常包括气动特性等方面的内容，可以采用贝塞尔曲线、叶片离散化等方法进行建模。
(2) 风机建模：风机的建模同水平轴式风力发电机相似，通常采用PID控制器或模糊控制器进行建模。
(3) 发电机建模：同水平轴式风力发电机相类似，发电机的建模也可以采用dq坐标转换进行建模。
二、风力发电系统的控制风力发电系统的控制是指在对其进行建模的基础上，对风力发电系统进行控制，以优化其性能、提高其效率。
1.PID控制器PID控制器是风力发电系统控制中最常用的控制器之一，其可调性强、稳定性好，在控制精度和速度上表现良好。
2.模糊控制器模糊控制器则是一种更为高级的控制器，其利用模糊数学理论，将模糊变量通过模糊推理引擎转换为控制信号，从而实现对风力发电系统的控制。
3.滑模控制器滑模控制器则是一种更为高级的控制方法，其可实现对风力发电系统的精准跟踪和控制，是当前控制水平较高的控制方法之一。
基于VSC-HVDC的海上风电并网系统的控制器设计
基于VSC-HVDC的海上风电并网系统的控制器设计刘刚;王海云;王维庆;乔欣欣【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2015(041)011【摘要】针对海上风电场采用电压源型高压直流输电技术并网的趋势,给出了换流站的数学模型,设计了一种对整流换流站的功率外环采用PI调节器、电流内环采用电流矢量前馈解耦控制构成的双闭环PI解耦控制器,对逆变换流站设计了功率外环采用PI调节器、电流内环采用反馈线性化控制构成的非线性解耦控制器.所设计的控制器能实现对有功功率和无功功率的独立解耦控制,具有较快的动态响应速度和较强的鲁棒特性.最后,基于PSCAD/EMTDC软件仿真验证了所设计的并网系统控制器具有良好的控制性能.【总页数】5页(P118-122)【作者】刘刚;王海云;王维庆;乔欣欣【作者单位】新疆大学电气工程学院教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047【正文语种】中文【中图分类】TM721【相关文献】1.基于自抗扰控制技术的VSC-HVDC系统控制器设计 [J], 范彬;王奔;李新宇2.基于模糊免疫自适应 PID 的VSC-HVDC系统控制器的设计 [J], 徐泽龙;尹华杰;魏承志;文安3.基于克拉克变换的VSC-HVDC系统控制器设计及其PI参数整定 [J], 刘洪波;邸睿4.基于海上大型风电场VSC-HVDC系统电网侧控制器的设计 [J], 汪璐;邵如平;王雅璐5.基于Clark变换的VSC-HVDC系统控制器设计\r及其PI参数整定 [J], 刘洪波;邸睿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
双端VSC-HVDC系统建模及控制方法研究
双端VSC-HVDC系统建模及控制方法研究梁律;罗隆福;黄肇;陈尚敏;林艺熙【摘要】在dq0坐标系下建立了双端VSC-HVDC系统的数学模型,并基于该坐标系制定了相应的控制策略.所采用的控制器由外环控制器和内环控制器构成,外环控制器由基于常规PI调节器的定功率控制器/定电压控制器构成,输出为内环控制器的参考值;内环电流控制器采用电流反馈和电压前馈的解耦控制策略,实现电流的快速跟踪控制.此外,针对VSC-HVDC启动时需要限流和限压的要求,在启动前投入限流电阻,确保系统能够平稳快速的响应,系统达到稳态后切除限流电阻.最后,在PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所设计的控制器具有很好的调节性能.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2016(040)003【总页数】5页(P675-679)【关键词】VSC-HVDC;电流反馈;电压前馈;解耦控制;PSCAD/EMTDC【作者】梁律;罗隆福;黄肇;陈尚敏;林艺熙【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;中国南方电网超高压输电公司广州局,广东广州510405;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南省电力公司检修公司,湖南长沙410004;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TM721基于电压源换流器的高压直流输电(Voltaged-Source Based Converter of High Voltage Direct Current，VSC-HVDC)技术于1990年由加拿大McGill大学学者Boon-Teck Ooi等人首次提出。
1997年，ABB公司首次实现了电压源换流器高压直流输电实验性工程 (Hallsjon工程)的成功运行。
此后，VSC-HVDC获得了较快的发展和应用。
浅谈在海上风电传输中采用VSC-HVDC系统
科技资讯 SC I EN C E &TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N 高 新 技 术研究发现,V SC-H VD C系统(Vo l t ag e Source Converter-High Voltage Direct Current)与传统HVDC相比可以及时控制有功功率和无功功率,并且还能够很好的完成远程传输交涉,它所具备的很多功能特征能够弥补海上风电传输所遇到的相关问题。
为了解决海上风电远距离传输,提高其运行效率和系统的稳定性,尽可能降低投资成本,研究新型高压直流V S C-H V D C系统在海上风电传输系统中的运作模式是非常有必要的。
1 VSC-HVDC系统特点分析近年来,随着电力电子技术的进步推动和大量直流工程的投入运行,使得直流输电的控制、保护、故障、可靠性等多种问题越发显得重要。
V S C-H V D C这种新技术的综合应用使得直流输电技术有了新进展,其应用出现为改善交流电网的供电质量提供了新的保障,其特点主要有以下几方面。
1.1增效节能V SC-H VD C技术的电能损耗低于传统交流输电技术的损耗,同时H V D C需要的传输线缆更少,能减少占地,比U P S更省电,其初始成本不到UP S的70%,因此能够很好的增强效率,节约能源。
1.2满足可再生能源远程输电V SC-H VD C系统输电不受容性电流的影响,电压损耗低,可调节有功和无功功率的输出,保持电网稳定,传输时不会产生谐振,且不会在电网中产生短路电流。
VSC-HVDC使用脉宽调制的方法产生正弦电压,控制灵活,可任意进行有功和无功控制,允许双向能量传输,故障时解耦,风场不必和电网保持同步,并可采用多端并网方式,在海上风场的发展极具优势。
1.3输出电力均匀 利于维护V SC-H VD C系统可以连接不同的交流电网并提高它们效率,能够补偿潮流的波动,可以避免风电场不均匀的电力输出影响电网可靠性,而且还利于维护。
海上VSC-MTDC输电系统协调控制策略
海上VSC-MTDC输电系统协调控制策略王伟;石新春;付超【摘要】海上风力发电与多端直流输电(MTDC)相结合是未来风力发电及其电能传输的发展方向之一.首先提出了应用于海上输电的四端直流输电系统的拓扑结构,并根据多端直流输电系统的特点,对直流输电系统的网侧逆变器采用直流电压下垂控制,不仅可以控制多端直流输电系统的电压稳定,而且灵活地对电网进行风电功率的传输.系统故障运行时,为避免对各换流器与风场间快速通信的要求,引入频率信号,将MTDC直流电压反映的功率不平衡量转变为频率的形式,来协调各风场减少风机出力以保持多端直流输电系统的电压稳定,实现系统可靠运行.最后基于Matlab/Simulink的仿真平台搭建了四端直流输电系统,验证不同运行状态下MTDC协调控制策略的有效性,结果表明多端直流系统在大扰动情况下能够保持系统安全稳定运行.【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2013(040)005【总页数】6页(P42-47)【关键词】多端直流输电系统;海上风电;辅助有功功率控制;下垂控制【作者】王伟;石新春;付超【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,河北保定071003;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,河北保定071003;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM7220 引言海上风力发电具有受环境影响小、风能资源丰富、机组年利用小时数高等优点。
风电场离海岸越远，风速越大，风电场输出功率也更高、更稳定［1～2］。
在远距离输电中，高压直流输电比交流输电具有更高的经济性、稳定性和可靠性。
传统高压直流输电技术已经被广泛应用于分散式电力传输和与交流系统互联。
基于电压源型的高压直流输电技术可以实现有功功率和无功功率的独立控制，无需无功补偿，没有换相失败，在潮流反转时保持直流电压极性不变，具备黑启动能力。
在未来几十年，基于电压源型高压直流输电技术应用于海上风电场，实现远距离向岸上电网输电将是一个最理想的选择之一。
海上DFIG风电场的VSC-HVDC控制策略
海上DFIG风电场的VSC-HVDC控制策略王辉;汪小;饶志蒙【摘要】电压源换流站的柔性直流输电(VSC-HVDC)是理想的风电场电能输电方式.分析了双馈发电机(DFIG)和VSC-HVDC系统在dq轴旋转坐标系下的暂态数学模型,并结合风电场自身特点对两端换流站提出了控制策略.首先,风电场侧的换流站控制系统输出的交流母线电压幅值和相位稳定,采用定交流电压控制,并通过补偿量的设计有效抑制了风电场风速变化导致的电压波动,使风电场工作于稳定状态.电网侧的换流站控制系统直流电压稳定,内环电流控制器采用反馈线性化思想使控制系统化为线性,并实现对dq轴电流的解耦控制,提高了控制器性能.最后,基于数字仿真验证了控制策略.结果表明其控制策略具有良好的控制效果.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2015(027)011【总页数】7页(P80-86)【关键词】风电场;数学模型;电压源换流站;控制策略;仿真【作者】王辉;汪小;饶志蒙【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TM723海上风电工程中，风力发电机组一般都是远离海岸线。
通过传统的交流输电时，系统会吸收大量无功功率，需要设计无功补偿，增加成本且影响其风电传输效率，而基于电压源换流器的高压直流输电技术VSC-HVDC（voltage source converterhigh voltage direct current）发展迅速。
风电场采用VSC-HVDC可提供独立的有功及无功控制，对输电线路无需无功补偿；在潮流反转时保持直流电压极性不变，滤波容量小；且能提供电压支撑作用，大幅提升风电场在发生故障情况下的低电压穿越能力，同时改善风电场对系统的抗干扰能力，因此，风电场越来越多地选择VSC-HVDC传输并网[1-3]。
LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的通用建模方法和运行特性分析
LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的通用建模方法和运行特性分析一、本文概述随着可再生能源的快速发展和电网互联需求的增加，高压直流输电（HVDC）技术，特别是基于线换相换流器（LCC）和电压源换流器（VSC）的HVDC系统，已成为远距离大功率电力传输和电网互联的重要选择。
这两种输电系统在结构和控制策略上存在显著差异，给电网建模和运行特性分析带来了挑战。
本文旨在提出一种通用的建模方法，用于分析LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的运行特性，以期为电网规划、设计和运行提供理论支持。
本文首先介绍了LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的基本原理和关键技术，包括换流器的拓扑结构、控制策略以及相应的数学模型。
在此基础上，提出了一种通用的建模方法，该方法结合了两种输电系统的共同特点和差异，通过调整模型参数和控制策略，可实现对LCCHVDC 和VSCHVDC输电系统的统一建模。
本文利用所建立的通用模型，对LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的运行特性进行了详细分析。
这包括稳态运行特性、动态响应特性以及故障穿越能力等方面。
通过对比分析，揭示了两种输电系统在运行特性上的共性和差异，为电网规划和运行提供了有益参考。
本文总结了LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的通用建模方法和运行特性分析结果，并指出了未来研究的方向。
通过本文的研究，可以为电力系统工程师和研究人员提供一个全面、系统的视角，以深入了解和分析LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的运行特性，推动高压直流输电技术的发展和应用。
二、和输电系统概述输电系统是电力系统中至关重要的组成部分，它负责将电力从发电站高效、安全地传输到各个用电区域。
在现代电力系统中，随着电力需求的不断增长和可再生能源的广泛接入，传统的输电技术面临着越来越多的挑战。
为了满足这些挑战，LCCHVDC（低损耗串联补偿高压直流输电）和VSCHVDC（电压源型高压直流输电）技术应运而生，它们在提高输电效率、增强系统稳定性和优化电网结构方面发挥着重要作用。
基于DPC的海上风场VSC_HVDC变流器控制策略
第 31 卷
由瞬时功率理论 ， 可得电网瞬时有功 、 无功功率 如式 （6）、 式 （7） 所示 ［12］：
p = Re（Us Is*） q = Im（Us Is*）
（6 ） （7 ）
其中 ， 上标 “* ” 表示共扼矢量 。 在三相静止坐标系下 ， 电网线电压矢量 Us 为虚 拟磁链的微分 ， 可以表示为
（19）
第7期
王国强 ， 等 ： 基于 DPC 的海上风场 VSC-HVDC 变流器控制策略
p = - 3 ω Ψsd Ψrq 2 Ls 3 q= ω Ψsd（Ψsd - Ψrd） 2 Ls
其中 ， 磁链 Ψsd 为常量 。 式 （17）、 式 （18） 对时间求导得 ：
（17） （18）
Ψs = L s I s + Ψr
（5 ）
d p = - 3 ω Ψ d Ψrq sd 2 Ls dt dt
Ψr
觶s s （14） Us r = Ψ r + jωΨ r 其中 ，U 、Ψ 为 dq 坐标系下电源电压和磁 链 幅 值 ； Usr 、Ψ sr 为变流器交流侧电压和磁链幅值 。 由式 （5）、 式 （13）， 电网瞬时功率还可表示为 s* 觶 s + j ωΨ s ） Ψ s* s -Ψr （15） p + jq = 3 Us I*s = 3 （Ψ s s 2 2 Ls 将电网磁链矢量定向在 d 轴上 ， 则有
海上风电直流输电的控制策略探索
海上风电直流输电的控制策略探索摘要：当前，电压源型高压直流输电技术，即VSC-HVDC技术在海上风电领域得到了日渐广泛的应用。
海上风电直流输电，是基于高压直流相应的传输结构，借助交流汇聚，对通过变压器的电流进行升压处理，再借助海上换流站对之进行直流转换，并对岸上换流站进行传输，完成电能变化后，对电网进行输入。
本文浅析了VSC-HVDC系统原理与数学模型，探究了VSC-HVDC系统控制特性及控制器设计，以期为海上风电直流输电控制策略提供借鉴。
关键词：海上风电；直流输电；控制策略在海上风电并网中，相对于直流输电的传统技术，VSC-HVDC技术具有更强的可靠性和灵活性，但该技术的运行控制呈现出较强的复杂性。
当前，VSC-HVDC技术系统主要对PI控制方式进行采用，能促进电力系统有效提升其运行性能。
若系统运行状态出现变化，将大幅度削弱PI控制器实际控制效果。
对此，有必要借助先进性较强的控制技术，促进控制器增强其控制性能。
一、VSC-HVDC系统原理与数学模型环境因素对海上风力发电产生的影响相对较小。
同时，海上风力发电具有丰富的风能资源，在近年来取得了巨大的发展成就。
海上风电场与海岸距离越大，其风速也相应越大，且风力较为稳定。
海上风电场具有更高的输出功率，且稳定性良好。
在各类远距离输电方式中，相对于交流输电，高压直流输电更为经济可靠，且具有更强的稳定性[1]。
因此，电压源型高压直流输电技术在海上风电中的应用日渐广泛。
为加强对海上风电直流输电的有效控制，必须深入理解并全面掌握VSC-HVDC系统原理和数学模型。
1、VSC-HVDC系统原理VSC-HVDC技术基于全控型功率器件的直流输电技术，该技术以各类可关断器件诸如IGBT、GTO等为特征，并对脉宽调制技术以及电压源控制器进行采用，该技术的优势在于独立调整功率[2]。
该技术对电压源控制器进行使用，能将高压直流输电相应优势对配电网进行扩展，促进了HVDC实际应用范围的有效拓宽，在海上风电系统中的应用日益增多[3]。
提高电力系统惯性水平的风电场和VSCHVDC协同控制策略
提高电力系统惯性水平的风电场和VSCHVDC协同控制策略一、本文概述随着全球能源结构的转型和清洁能源的大力发展，风力发电已成为全球范围内最重要的可再生能源之一。
风力发电的随机性和间歇性给电力系统的稳定运行带来了挑战。
为了提高电力系统的惯性水平，本文提出了一种协同控制策略，通过风电场与电压源型高压直流输电（VSCHVDC）的协同作用，实现电力系统的稳定运行和高效能源利用。
本文首先分析了风电场和VSCHVDC的基本工作原理，然后详细阐述了协同控制策略的设计原则和实施步骤，最后通过仿真实验验证了该策略的有效性和可行性。
本文的研究成果对于提高电力系统的惯性水平、优化能源结构、推动清洁能源的可持续发展具有重要意义。
二、风电场和的基本原理与特性风电场，作为清洁可再生能源的重要组成部分，通过风力发电机（Wind Turbine Generators, WTGs）将风能转换为电能。
风力发电的基本原理是利用风力驱动风力机叶片旋转，进而驱动发电机产生电能。
风力发电具有资源丰富、可再生、无污染等优点，因此在全球范围内得到了广泛的应用。
风电场的特性主要包括其出力的随机性和波动性，这主要受到风速、风向等自然因素的影响。
VSCHVDC（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current）是一种基于电压源换流器的高压直流输电技术。
VSCHVDC的核心设备是电压源换流器（VSC），它可以通过控制开关器件的通断，实现交流电和直流电之间的转换。
VSCHVDC具有控制灵活、响应速度快、可独立控制有功和无功功率等优点，因此在电力系统中得到了广泛的应用。
VSCHVDC的特性主要包括其快速的有功和无功调节能力，以及其对交流系统电压和频率的支撑作用。
风电场和VSCHVDC的协同控制策略，可以充分利用风电场的随机性和波动性，以及VSCHVDC的快速调节能力，提高电力系统的惯性水平。
基于VSC的直流输电系统的稳态建模及其非线性控制
基于VSC的直流输电系统的稳态建模及其非线性控制一、本文概述随着现代电力系统的不断发展，直流输电系统（VSCHVDC）因其灵活的控制能力和高效的能量传输特性，在电网互联、可再生能源接入等领域得到了广泛应用。
VSCHVDC系统的复杂性和非线性特性使得其建模和控制成为了一个重要的研究课题。
本文旨在深入研究基于电压源换流器（VSC）的直流输电系统的稳态建模及其非线性控制方法。
本文首先回顾了VSCHVDC系统的发展历程和研究现状，指出了当前建模和控制方面存在的问题和挑战。
在此基础上，本文提出了一种基于VSC的直流输电系统的稳态建模方法，该模型能够准确反映系统的稳态运行特性，为后续的非线性控制设计提供了基础。
接着，本文重点研究了VSCHVDC系统的非线性控制策略。
针对VSCHVDC系统的非线性特性和运行约束，本文设计了一种基于反馈线性化理论的非线性控制器，并通过仿真验证了该控制器的有效性。
本文还探讨了不同控制参数对系统性能的影响，为实际工程应用提供了指导。
本文总结了VSCHVDC系统稳态建模和非线性控制的研究成果，并展望了未来的研究方向。
本文的研究成果对于提高VSCHVDC系统的运行稳定性和经济性具有重要意义，为电力系统的安全、高效运行提供了有力支持。
二、直流输电系统的基本原理直流输电（Direct Current Transmission，简称DCT）是一种将交流电转换为直流电进行长距离输电的技术。
与传统的交流输电相比，直流输电具有输电效率高、线路损耗小、能够跨越更长的距离进行输电等优点。
VSC（Voltage Source Converter，电压源换流器）是直流输电系统中的重要组成部分，其通过电力电子器件实现交流电与直流电的相互转换。
VSC直流输电系统的基本原理主要包括换流、调制和控制三个部分。
换流过程是指将交流电转换为直流电，或者将直流电转换为交流电的过程。
VSC通过电力电子开关设备（如绝缘栅双极晶体管IGBT 等）实现这一转换，使得电流在交流侧和直流侧之间流动。
海上风电串联多端VSC-HVDC协调控制策略探讨徐孝峰
海上风电串联多端VSC-HVDC协调控制策略探讨徐孝峰发布时间：2021-08-20T03:39:02.322Z 来源：《现代电信科技》2021年第8期作者：徐孝峰江丁勇林圣辉[导读] 如今，海上风电在我国得到了快速发展，基于直驱风机结构和VSC控制特点，研发了串联多端VSC-HVDC并网电路拓扑结构，其不仅可以简化直驱风机结构，通过整流侧串联相连的方式来构建串联多端VSC-HVDC结构，而且在传统高压直流传输中还能够避免多次电流变化，在一定程度上降低了系统传输损耗。
下面将会对串联多端VSC-HVDC协调控制策略给予重点介绍，以期更好的服务于海上风电。
（华电（福建）风电有限公司福建福州 350000）摘要：如今，海上风电在我国得到了快速发展，基于直驱风机结构和VSC控制特点，研发了串联多端VSC-HVDC并网电路拓扑结构，其不仅可以简化直驱风机结构，通过整流侧串联相连的方式来构建串联多端VSC-HVDC结构，而且在传统高压直流传输中还能够避免多次电流变化，在一定程度上降低了系统传输损耗。
下面将会对串联多端VSC-HVDC协调控制策略给予重点介绍，以期更好的服务于海上风电。
关键词：海上风电；串联多端VSC-HVDC；协调控制策略在经济社会发展过程中，海上风力发电-高压直流输电（HVDC）逐渐发展成为风力发电和功率传输的未来发展方向。
目前，由于海上安装、运输、维护需要投入比较高的成本，此时就需要做好换流器的选择工作，其属于HVDC的核心环节，具有高可靠性、高集成度和高效率等特点，并通过优化和完善换流器拓扑结构、协调控制策略等方式来降低投资和运行成本。
而电压源型变流器（VSC）-HVDC具备体积小、控制灵活、具备自启动能力等特点，在海上风电场与电网连接中得到广泛应用，通过制定协调控制策略，既可以充分发挥串联多端VSC-HVDC的优势，而且还可以提高海上风电水平。
1.海上风电输电方式选择如今，海上风电场所设计到额定容量一般小于160MW，并且与岸上距离小于20Km。
VSC-HVDC稳态模型和功率控制方式的研究
VSC-HVDC稳态模型和功率控制方式的研究盖国权【摘要】电压源换流器高压直流输电技术具有非常广阔的应用领域,在许多应用领域还有待于深入地研究.文中简介了VSC的工作原理,建立了VSC-HVDC系统的稳态数学模型,根据该数学模型推导出VSC-HVDC系统传榆功率控制中控制量与被控量的直接对应关系,论述了VSC-HVDC系统传输功率的控制方式,在PSCAD仿真模型中整流侧选择定直流电流控制和定无功功率控制,逆变侧选择定直流电压控制和定无功功率控制的传输功率控制方式.仿真结果验证了文章建立的VSC-HVDC系统稳态数学模型的正确性、传输功率控制中控制量与被控量对应关系的合理性、选择的传榆功率控制方式的正确性.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)016【总页数】4页(P128-131)【关键词】电力系统;高压直流输电;电压源换流器;稳态模型;控制【作者】盖国权【作者单位】内蒙古电力公司巴彦淖尔电业局,内蒙古巴彦淖尔015000【正文语种】中文【中图分类】TM721.1基于相控换流技术的传统HVDC（高压直流）输电因其在特定情况下具有交流输电无可比拟的技术特点，在远距离大功率输电、不同额定频率或相同额定频率交流系统互联等场合得到了广泛的应用[1-2]。
但传统HVDC输电换流器使用半控型的晶闸管器件，这就决定HVDC所联结的交流网络为具有一定短路容量的有源交流网络，为换流器中晶闸管的可靠关断提供换相电流。
传统HVDC输电需要提供大量的无功补偿装置以补偿HVDC换流站所消耗的无功功率[3]。
新一代的HVDC输电技术是以全控型、可关断器件构成的VSC（电压源换流器）和PWM（脉冲宽度调制）技术为基础的新型输电技术。
VSC-HVDC具有对其有功功率和无功功率独立进行控制、可实现对交流无源网络供电、不需要交流侧提供无功功率而且能起到STATCOM（静止同步补偿器）的作用、易于构成多端直流系统等众多优点，在向偏远小负荷地区供电、城市配电网增容改造、提高配电网电能质量、非同步电网互联和电力交易、分布式能源并网等应用领域发挥积极的作用[4-9]。
基于海上大型风电场VSC-HVDC系统电网侧控制器的设计
第43卷第17期电力系统保护与控制V ol.43 No.17 2015年9月1日Power System Protection and Control Sep. 1, 2015 基于海上大型风电场VSC-HVDC系统电网侧控制器的设计汪 璐，邵如平，王雅璐(南京工业大学电气工程及其自动化学院，江苏 南京211816)摘要：为了检测和分析风电场中风速等一系列可变因素对VSC-HVDC系统的影响，从而优化大型海上风电场结构，提出了一种新型的VSC-HVDC 模型——无开关VSC-HVDC相量模型，可以通过调制量来反馈控制系统。
在此基础上，结合各种策略的优缺点，选择一种有效地控制策略进行控制器的设计，以实现系统的控制。
分析电网侧交流电流和直流电压的所需控制策略，优选出了dq电流控制和PI电压控制作为最佳控制策略，通过对内环外环控制器的参数计算和调节来达到设计要求。
Matlab搭建出的模型仿真结果表明，建立的无开关VSC-HVDC相量模型控制策略的选用和控制器的参数设计具有适用性和合理性。
关键词：HVDC；dq控制；PI控制；VSC-HVDC；仿真模型Grid side controller design of VSC-HVDC system based on large offshore wind farmW ANG Lu, SHAO Ruping, W ANG Yalu(School of Electric Engineering and Automation, Nanjing University of Technology, Nanjing 211816, China)Abstract: For detection and analysis of wind speed and a series of variable factors on the impact of VSC-HVDC system in wind farm, so as to improve the structure of large offshore wind farm, this paper puts forward a new type of VSC-HVDC model, named no switch VSC-HVDC phasor model, which can control system through feedback of modulation. On this basis, it combines the advantages and disadvantages of various strategies and chooses a kind of effective control strategies for the design of controller in order to realize the control of the system. AC current and DC voltage of power grid side and their control strategies are analyzed, the dq current control and PI voltage control are chosen as the optimal control strategy, through calculating and adjusting the inner and outer loop controller parameters to meet the design requirements. Matlab simulation results show that the strategies of no switch control VSC-HVDC phasor model has the applicability and rationality.Key words: HVDC; dq control; PI control;VSC-HVDC; simulation model中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2015)17-0107-060 引言随着风力发电的应用越来越广泛，许多国家正在考虑建设大型的海上风电场。
海上风电VSC-HVDC系统的直接功率控制
海上风电VSC-HVDC系统的直接功率控制罗德荣;姬小豪;廖武;宋辉【摘要】为了解决传统直接功率控制存在开关频率不恒定问题,该文提出了一种适用于海上风电场并网的电压源型高压直流输电系统的改进直接功率控制.该方法在推导电压源型高压直流输电系统αβ坐标系下离散化数学模型的基础上,结合虚拟磁链定向、瞬时功率理论和空间矢量脉冲宽度调制,针对电压源型高压直流输电系统设计了相关的离散化控制器.风电场侧采用定有功功率和无功功率,电网侧采用定直流电压和无功功率,实现直流电压稳定以及有功、无功功率的解耦.在Matlab/Simulink构建的离散模型基础上,对有功、无功等工况进行了仿真分析.仿真结果验证了该方法的有效性和可行性,为海上风电场电压源型高压直流输电系统提供一种可行的控制方案.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2016(028)006【总页数】6页(P43-48)【关键词】海上风电场;电压源型高压直流输电;直接功率控制;虚拟磁链;空间矢量脉冲宽度调制【作者】罗德荣;姬小豪;廖武;宋辉【作者单位】湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心,长沙410082;湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心,长沙410082;湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心,长沙410082;湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心,长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TM712目前随着智能电网、分布式发电和高压直流输电HVDC技术的不断发展，海上风电场柔性直流输电受到了广泛的关注和研究，它是一种电压源型变换器，以全控型器件和脉冲宽度调制PWM（pulse width modulation）技术为核心，是新一代高效、环保输电技术。
国内外许多学者对这种柔性直流输电系统的数学模型及其控制策略进行了深入研究，根据其采用的是电流内环控制还是有功、无功功率控制方法，可将控制策略大致分为两类［1-3］：电压定向控制和直接功率控制。
风力发电系统的建模与控制
风力发电系统的建模与控制引言：风能作为一种清洁、可再生的能源，正逐渐成为世界各地电力供应的重要来源之一。
风力发电系统是将风能转换成电能的设备，其核心是风力呼吸机和发电机。
为了优化风力发电系统的性能，减少能源浪费，提高发电效率，建模和控制技术成为风力发电系统研究的关键领域。
一、风力发电系统的建模1. 风力机机械特性的建模风力机机械特性包括风力机的转动特性、扭矩-转速特性和机械损耗特性。
为了建模风力机机械特性，可以使用等效电路法将其抽象为电学元件，如电感和电阻，并利用控制方程与电路方程相结合，得到风力机机械特性的数学模型。
2. 风力机与发电机的耦合模型风力机与发电机是风力发电系统的核心组成部分，其耦合模型需要考虑风力机输出转矩与发电机转速之间的关系。
传统的耦合模型基于刚性理论，假设风力机与发电机的转速是相等的，但实际上二者之间存在一个转速差。
因此，改进的耦合模型应该考虑转速差带来的损耗，并包含角加速度、转速差和交流电机模型。
3. 风速与风力机转速的关系建模风速是影响风力发电系统性能的重要因素之一。
建立风速与风力机转速之间的关系模型，有助于更好地控制和优化风力发电系统。
常用的方法是使用风速测量装置获取风速数据，并通过回归分析或神经网络等方法建立风速与风力机转速之间的非线性映射关系。
二、风力发电系统的控制1. 风力机的最大功率跟踪控制风力机在不同的风速下有不同的最大功率点，控制风力机运行在最大功率点可以提高发电效率。
最大功率跟踪控制需要测量和跟踪风速，根据风速变化调整控制策略，使得风力机输出功率保持在最大功率点附近。
2. 发电机电压控制风力机产生的电能通过发电机进行转换和输出。
发电机的电压控制是维持电网稳定的重要环节。
电压控制需要根据电力需求和电网负荷情况，在不同的运行状态下，调整发电机的励磁电流或场电流，以保持恒定的电压输出。
3. 风力发电系统的安全控制风力发电系统的安全控制是保证系统正常运行和保护设备免受损坏的关键环节。
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D.C. Kong*, X.-P. Zhang
*Univerisity of Birmingham, Birmingham B15 2TT, UK, kxd854@ Univerisity of Birmingham, Birmingham B15 2TT, UK, x.p.zhang@
2.4 DFIG model The equivalent circuit of DFIG is represented in Fig.2 [5]. And the full and simplified presentations of DFIG model can be given in [1]
2 WF-DFIG System
2.1 Configuration of WT-DFIG system In the recent years, wind turbines with doubly fed induction generators (WT-DFIG) have been widely installed in the wind farms all in the world. The typical configuration of a WT-
Wind Turbine
Shafts
DFIG
Rotor-side Converter AC Prime Mover DC Grid-side Converter Power Grid DC AC
1 Introduction
In the past few years, the UK¶s offshore wind industry has developed rapidly and it has become one of the leading countries for offshore wind energy generation installation in Europe. Considering the future development of offshore wind farms, on the one hand, the overall capacity of an offshore wind farm increases significantly to reach hundreds MW or even 1 GW, consisting of a large quantity of wind power generators (WPG); on the other hand, with the advantages over AC and conventional thyristor-based HVDC techniques, the voltage-source converter (VSC) based HVDC technique is commonly considered having promising future for offshore wind energy delivery. However, it also brings new challenges for the power system dynamic stability analysis. One challenge is how to present effectively the overall dynamic behaviours of such large quantity of WPGs; the other challenge is how to design the coordinated control strategies for the wind farm and the VSC-HVDC system together to improve the overall stability performances of the offshore wind energy system.
Ids jΒιβλιοθήκη qsable to reflect the accurate dynamic behaviors of the wind farm. On the other hand, if the wind farm is represented using detailed models for all the WPGs, great computational efforts should be needed for simulation. For the study of dynamic impacts of offshore wind farms on the power systems, the main interests are focused on the overall dynamic responses of the entire wind farm rather than on dynamic behaviors of each WPG. So the dynamic models of wind farm can be simplified to some extent using few equivalent machines to reflect the key characteristics of the system. With these principles, the dynamic aggregated modelling method is proposed. In this method, the WPGs with similar dynamic responses are selected into a so-called coherency group and then they are aggregated as an equivalent machine to present their common dynamic characteristics. This dynamic aggregated modelling method can be divided into three steps and they are described in Section 3.3-3.5. 3.2 Assumptions and simplifications Some assumptions are given for simplifying this dynamic aggregated modelling method: 1) The wind speed always keeps constant in the wind farm for the normal operation of all the WT-DFIGs at the maximum power point; 2) The WTDFIGs connected in the same row are configured with identical parameters; 3) The transformers and transmission lines for the interconnection of the WT-DFIGs are configured with identical parameters; 4) The disturbances are incurred outside the wind farm system. 3.3 Identification of coherency groups During the large disturbances in the power system, similar dynamic responses can be reflected from some generators in the system. Such generators can be selected into a coherency group, and then they are represented using an equivalent machine to not only present their common dynamic characteristics but also to simplify the system¶s dynamic models. For this method, if similar rotor-angle swing responses can be reflected from the generators during large disturbances, these generators can be selected into the coherency group. The criterion for identification of coherency groups is given [4]: (8) Max 'G i (t ) 'G j (t ) d H
Rotor-side Controller
Grid-side Controller
Protections
Fig. 1 The configuration of WT-DFIG system 2.2 Wind turbine model The kinetic energy extracted from air flow by wind turbine is given by: 3 (1) Pm 0.5US R2Vw C p (O , E ) where Pm is the mechanical power of the wind turbine; ȡ is the air density; R is the wind turbine blade radius; Vw is the wind speed; Cp is the power coefficient and it is usually presented as a function of blade pitch angle ȕ and the tip speed ratio[5]. 2.3 Two-mass shaft model