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随着世界各国对风能资源的大规模开发及风力发电技术的深入研究,根据不同风电机组各自的优势进行合理配置形成混合风电场群,尤其是由双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)和永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)这两种主流机型形成的混合风电场群,目前已成为旧风电场改造扩建及大容量新风电场建设的主要方式之一。我国风能资源大多集中于三北地区和东南沿海岛屿,风电场接入点通常是电力系统环节最为薄弱的电网末梢,大量电力电子变流装置的应用以及负荷的非线性等因素将不可避免地引入谐波污染,考虑利用不同风电机组的运行特性及其控制性能,通过对多种风电机组进行协调控制将有望提高整个混合风电场群在谐波电网电压条件下的安全稳定性及其并网端电网的电能质量。本文针对由DFIG和PMSG两种主流风电系统组成的混合风电场群,从提高该类混合风电场群应对谐波电网电压适应能力的角度出发,对谐波电网电压下混合风电场群的运行与控制展开深入研究。(1)基于对谐波电网电压下DFIG和PMSG风电系统数学及控制模型的详细分析,针对DFIG系统网侧变换器(grid side converter,GSC)提出了两个增强控制目标,并建立了含DFIG和PMSG的混合风电场群集中等值模型,通过仿真验证了所建模型的有效性并分析了谐波电网电压下该类混合风电场群的运行特性。(2)详细分析了DFIG型风电场GSC与转子侧变换器(rotor side converter,RSC)的最大输出谐波电流能力,并结合谐波电网电压下GSC与RSC实现各控制目标所需的谐波电流幅值,确定了DFIG型风电场各控制目标的可控运行区域。在此基础上,进一步提出了谐波电网电压下DFIG型风电场的多目标协同控制策略,并通过仿真验证了理论分析及不同工况下所提控制策略的有效性。(3)详细分析了PMSG型风电场GSC的最大输出谐波电流能力,并结合谐波电网电压下GSC实现各传统控制目标所需的谐波电流幅值,确定了PMSG型风电场各传统控制目标的可控运行区域。基于此,进一步提出了谐波电网电压下PMSG型风电场的多目标协同控制策略,并通过仿真验证了所提控制策略的有效性。(4)基于对PMSG型风电场抑制混合风电场群并网点谐波电压控制策略的研究,提出了谐波电网电压下含DFIG和PMSG的混合风电场群协调控制策略,并对不同工况下含DFIG和PMSG的混合风电场群进行仿真研究,研究结果表明,所提协调控制策略可有效改善该混合风电场群的输出电能质量及其并网稳定性。本文的研究工作为提高谐波电网电压下混合风电场的并网稳定性及其可靠性提供了理论依据,为大规模风电场的经济建设与发展奠定基础。