双馈风电场次同步振荡机理分析及基于SVC的抑制策略

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风能作为一种可再生清洁能源,具有发电成本低、资源储量大和可大规模开发的优势,已发展成为最具潜力的能源之一。我国风资源富集地区与电力消耗中心之间具有鲜明的逆向分布特点,使得风力发电不得不进行远距离输送,为提高线路输送能力,普遍采用串补电容进行功率外送,然而同时也容易引起系统次同步振荡(Sub-Synchronous Oscillation,SSO)。本文对风电传输过程中的SSO问题开展研究:首先,对风电并网系统SSO的产生机理、主要分析方法和抑制措施进行了分析,以双馈型风力发电机组作为主要研究对象,建立风力机、桨距角控制、发电机、定子侧和转子侧变流器及其控制系统的详细数学模型。其次,在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立了双馈风电场的单机等值模型,对风电接入电网系统的IGE和SSCI产生机理进行了理论分析,推导了其产生的条件。提出了一种等效替换方法,将双馈风机变流器系统以可控等效电源形式进行替换,以分析变流器控制环节影响的大小,结合时域仿真法和特征根分析法得出:风机在同步转速以下运行时由IGE和SSCI共同导致了SSO的产生,在同步转速以上运行时,不存在IGE,系统主要由SSCI产生SSO;双馈风机变流器环节参与了系统的SSO过程,并且其引入的负阻尼效应是导致系统功率振荡快速发散的主要原因。再次,提出了一种基于静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)的双馈风电场SSO抑制策略,并对SVC抑制系统SSO的机理进行了分析,确定了SVC为抑制系统SSO提供正阻尼的条件。在实现方式上,将风电场送出端的电压、有功信号作为SVC的输入信号,对SVC控制器进行设计,并提出一种基于查表法和插值算法的SVC参数自调整方法,以提升该控制策略对不同运行工况的适应性。最后,基于PSCAD/EMTDC软件建立了并联SVC的等值双馈风机接入电网模型,对SVC抑制系统SSO的效果进行仿真验证,结果表明:所提出的SVC抑制策略能有效抑制双馈风电场接入电网系统的SSO。
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