弱电网下混合控制型双馈风力发电机组稳定性分析与控制

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随着化石能源的消耗和对环境的污染加重,新能源逐渐成为未来能源的主要部分。风力发电作为新能源结构的重要组成部分而受到广泛的应用。近年来风力发电的渗透率逐渐增加,并网点正逐渐呈现出高阻抗的弱电网特性,风力发电接入弱电网的稳定性问题亟需研究。本文针对双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)采用功率同步控制模式接入并联补偿弱电网情况下的稳定性问题进行分析与研究,并与采用锁相环同步的电流控制型DFIG(current controlled DFIG,CC-DFIG)控制模式进行比较分析。首先采用谐波线性化的方式对混合控制型DFIG(hybrid controlled DFIG,HCDFIG)建立包含转子侧控制器、网侧控制器和DFIG本体的阻抗模型。比较分析HCDFIG和CC-DFIG控制模式输出阻抗的差异,并根据输出阻抗模型研究转子侧和网侧控制器参数对系统输出阻抗的影响,分析得出转子侧控制器对系统输出阻抗和稳定性影响相对较大。其次,运用D分割法对转子侧控制器参数进行设计,在得到控制器参数稳定边界的基础上,加入多重裕度限制条件得到适合系统运行的控制器参数稳定范围,在该范围内选择的参数使得系统能够稳定运行且能保持良好的运行性能,并结合阻抗分析法进行分析验证。之后分析了DFIG接入并联补偿弱电网情况下由于两个子系统在幅值交点处所对应的相位差达到180°容易发生的中高频谐振问题,利用附加阻尼策略改变系统输出阻抗,提高谐振点的相位裕度,从而扩大参数稳定范围。最后,基于MATLAB仿真和11KW的DFIG实验平台对理论分析的结论和谐振抑制策略的有效性进行分析验证,并验证了两种控制模式切换的有效性。
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