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开发清洁能源刻不容缓,而我国地府辽阔,势必带来风电远距离大容量输送问题。而风电场经柔性直流输电并网具有发展前景。电力系统向高比例可再生能源、高比例电力电子设备发展的同时,使得稳定性问题日益凸显。本文针对风电场经柔直并网系统交互作用及稳定判据主要从3个层面展开研究。
第一层面以惯性角度研究,本文以双馈风机转子侧换流器为例,推导换流器件的惯性表达式并解释其惯性的物理意义,同时将其与电力系统的传统惯性:转子的转动惯量和电感电容的电磁惯性进行类比,得到了描述电力系统惯性元件的统一微分方程式,进而根据微分方程推导出换流器的失稳判据。结合稳定判据解释双馈风机经串补并网失稳的机理,和风机振荡频率时变性的原因。最后分别搭建双馈风机换流器模型和柔直换流器模型进行仿真验证,以说明本文给出稳定判据的正确性。
第二个层面从交互作用角度研究,研究风机的转子换流器(RSC)与柔直的电压源换流器(VSC)之间的交互作用。首先搭建系统的小信号模型,通过振荡模态分析,识别出风机与柔直共同参与的振荡模态,然后依据电磁方程和控制策略将RSC输出量转换为双馈风机内电势,使之与柔直VSC有直接的电连接,组成2机动态等值电路。揭示风机与柔直通过电压-功率耦合实现相互反馈的交互行为,并给出传递函数模型框图。此外,依据等值电路和换流器的输入输出特性解释了在交互作用的动态期间,RSC与VSC输出反向和VSC输出滞后RSC的原因,最后通过仿真波形验证。
第三个层面以系统角度研究,从复转矩角度研究双馈风电场经柔直并网系统的稳定判据。首先推导电磁转矩与转速之间的幅频关系,发现定子电流受柔直控制器影响,即通过电磁转矩实现风机与柔直的耦合;然后分析该模型电磁转矩的频率响应,分析结果表明在特定频率范围内电磁转矩呈现负阻尼特性引起系统次同步振荡;基于转矩的幅频响应,进一步研究柔直控制器参数和稳态工况对系统稳定性的影响,结果表明增加控制器的比例系数和减少积分增益都对系统稳定性不利;最后通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证理论分析的正确性。
第一层面以惯性角度研究,本文以双馈风机转子侧换流器为例,推导换流器件的惯性表达式并解释其惯性的物理意义,同时将其与电力系统的传统惯性:转子的转动惯量和电感电容的电磁惯性进行类比,得到了描述电力系统惯性元件的统一微分方程式,进而根据微分方程推导出换流器的失稳判据。结合稳定判据解释双馈风机经串补并网失稳的机理,和风机振荡频率时变性的原因。最后分别搭建双馈风机换流器模型和柔直换流器模型进行仿真验证,以说明本文给出稳定判据的正确性。
第二个层面从交互作用角度研究,研究风机的转子换流器(RSC)与柔直的电压源换流器(VSC)之间的交互作用。首先搭建系统的小信号模型,通过振荡模态分析,识别出风机与柔直共同参与的振荡模态,然后依据电磁方程和控制策略将RSC输出量转换为双馈风机内电势,使之与柔直VSC有直接的电连接,组成2机动态等值电路。揭示风机与柔直通过电压-功率耦合实现相互反馈的交互行为,并给出传递函数模型框图。此外,依据等值电路和换流器的输入输出特性解释了在交互作用的动态期间,RSC与VSC输出反向和VSC输出滞后RSC的原因,最后通过仿真波形验证。
第三个层面以系统角度研究,从复转矩角度研究双馈风电场经柔直并网系统的稳定判据。首先推导电磁转矩与转速之间的幅频关系,发现定子电流受柔直控制器影响,即通过电磁转矩实现风机与柔直的耦合;然后分析该模型电磁转矩的频率响应,分析结果表明在特定频率范围内电磁转矩呈现负阻尼特性引起系统次同步振荡;基于转矩的幅频响应,进一步研究柔直控制器参数和稳态工况对系统稳定性的影响,结果表明增加控制器的比例系数和减少积分增益都对系统稳定性不利;最后通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证理论分析的正确性。