沽源双馈风机次同步振荡网侧抑制技术研究

摘要

我国风电产业规模庞大，累计装机容量位居世界前列，大规模风机并网和风电外送使电网面临着次同步振荡的风险。我国河北省沽源地区以双馈型风电机组为主的风场，自其固定串补投运之后发生了数十起由风电机组和固定串补引起的次同步振荡事故，引发人们对新能源并网安全问题的担忧。本文深入分析了沽源双馈风机经串补输电线路引发次同步振荡的产生机理，针对沽源地区的次同步振荡问题提出了一种新型网侧抑制技术。
　　首先介绍了沽源风场的结构和沽源地区次同步振荡事件的特征，在仿真软件Matlab/Simulink上搭建沽源风场的电磁暂态模型，复现了该地区的次同步振荡事件，详细研究双馈风机经固定串补并网的数学模型，为进一步的分析奠定了基础;
　　接着利用特征值分析法，确定出与次同步振荡模态相关的特征值，分析各种因素对沽源双馈风场SSR产生的影响大小，研究了包括转子侧控制器比例参数、转子侧控制器积分参数和输电线路参数在内的诸多因素对次同步振荡的影响，得出双馈风机转子侧控制器中的电流内环控制参数对SSR的影响要远高于功率外环控制参数的结论;
　　然后详细描述了双馈型风机次同步振荡的作用路径，在忽略功率外环控制器参数的情况下，推导了沽源风场的等值阻抗模型，从负阻尼的角度解释双馈风场产生次同步振荡的机理，揭示其本质为一种由转子侧控制器参与的、同时受系统运行方式影响的感应发电机效应，时域仿真表明风机台数、输电线路参数、控制器参数和风速等因素对沽源风场SSR的影响符合基于等值阻抗的机理分析;
　　最后针对沽源风场的次同步振荡问题，设计了一种基于正阻尼特性电流注入的新型网侧次同步抑制器SDS。SDS只消耗次同步频率处的电气能量而不会对工频造成影响，在次同步频率处可等效为纯电阻，而在工频处等效为开路。在串补电容投入、单相接地故障和三相短路故障三种工况下的时域仿真结果表明，该抑制方案具有较好的抑制效果。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景与意义

1．2 风电机组次同步振荡问题研究现状

1．2．1 风电机组SSR问题的研究方法

1．2．2 风电机组SSR问题的机理研究

1．2．3 风电机组SSR的抑制方法研究

1．3 本文研究的主要内容

2．1 引言

2．2 沽源风场

2．3 双馈风机经串补并网的数学模型

2．3．1 风轮与轴系系统

2．3．2 感应发电机

2．3．3 变频器控制系统

2．3．4 串补输电线路

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 含串补双馈风场系统的特征值分析

3．2．1 小信号数学模型

3．2．2 特征矩阵的组建

3．2．3 特征值结果分析

3．3 不同运行参数对SSR的影响分析

3．3．1 RSC中比例参数对SSR的影响

3．3．2 RSC中积分参数对SSR的影响

3．3．3 输电线路的参数对SSR的影响

3．4 仿真验证

3．5 本章小结

第4章 沽源双馈型风电机组SSR机理分析

4．1 引言

4．2 双馈风机次同步振荡的作用路径

4．3 双馈风场的等值阻抗模型

4．4 双馈风机次同步振荡的机理分析

4．5 时域仿真验证

4．6 本章小结

第5章 沽源双馈风场SSR网侧抑制技术研究

5．1 引言

5．2 网侧抑制技术的原理

5．3 网侧抑制控制器的设计

5．3．1 反馈测量环节

5．3．2 滤波器环节

5．3．3 相位补偿环节

5．3．4 增益与限幅

5．4 基于电流信号的SDS设计

5．5 SDS的抑制效果验证

5．5．1 串补电容投入

5．5．2 单相接地故障扰动

5．5．3 三相短路故障扰动

5．6 本章小结

6．1 本文总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文

致谢