【摘 要】
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在同步机主导的交流电网中,保持所有电源统一频率的能力被称为“同步稳定性”。具体表现为同步机间的功角稳定。风电系统不具备与其他电源保持同步的固有特性,必须由控制器来实现,这与同步机具有本质上的差异。随着碳达峰、碳中和进程的加快推进,风电装机容量逐年升高,风电系统的同步稳定性问题将愈加凸显。本文针对直驱风机风电系统的暂态同步稳定性问题,开展了如下研究:（1）提出一种基于稳定域的PMSG同步稳定性分析方
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在同步机主导的交流电网中,保持所有电源统一频率的能力被称为“同步稳定性”。具体表现为同步机间的功角稳定。风电系统不具备与其他电源保持同步的固有特性,必须由控制器来实现,这与同步机具有本质上的差异。随着碳达峰、碳中和进程的加快推进,风电装机容量逐年升高,风电系统的同步稳定性问题将愈加凸显。本文针对直驱风机风电系统的暂态同步稳定性问题,开展了如下研究:（1）提出一种基于稳定域的PMSG同步稳定性分析方法。首先,该方法建立描述PLL动态同步特性的PMSG简化控制模型。在此模型的基础上,推导出简化的PMSG同步运动方程。基于同步运动方程,利用首次积分法推导出PMSG的暂态同步能量函数。然后,对比分析了最近UEP法,CUEP法和PEBS法在通过确定临界能量值进而刻画同步稳定域方面的优缺点。进一步,研究不同线路参数、电压跌落程度和风机初始输出电流对PMSG暂态同步稳定性的影响,并利用仿真验证了结果的有效性。（2）提出一种计及外环控制和PLL控制交互作用的暂态同步能量函数,实现更为精准的PMSG风电系统暂态同步稳定性定量评估。该方法首先建立计及外环控制对PLL动态同步过程影响的PMSG降阶控制模型。基于降阶控制模型,推导出计及外环控制和锁相环控制交互作用的PMSG同步运动方程。基于同步运动方程,利用等面积准则分析PMSG的同步失稳机理。然后,利用首次积分法,推导出计及外环控制影响的PMSG暂态同步能量函数。最后,通过仿真对比,凸显了该能量函数的精确性。（3）提出一种基于能量函数法的含虚拟惯性控制直驱风电场内部暂态同步稳定性分析方法。首先,在一定假设条件下,保留惯性控制和外环控制对锁相环动态特性的影响,对直驱风机并网控制系统进行降阶。然后,在PMSG降阶控制系统的基础上,推导出计及惯性控制和外环控制影响的PMSG同步运动方程。通过同步运动方程,在直驱风电场等效线路模型的基础上进一步推导出多风机暂态同步能量函数。该方法采用PEBS法确定系统临界能量值,并以此分析了惯性控制参数对直驱风电场暂态同步稳定性的影响。
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