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随着我国能源战略的转型,能源开发的重心正向以风能为代表的新能源倾斜。近年来,风力发电发展迅速,大量风电并入电网,双馈风电机作为风力发电的主流机型,其装机容量不断提升。与其他形式的新能源发电类似,双馈发电机需要通过电力电子变换器作为桥梁接入电网。随着新能源并网发电规模的不断扩大,越来越多的电力电子设备接入电网,传统电网的电力电子化特征凸显,电网强度降低,导致双馈风电场并网时,振荡问题频频发生,严重威胁电网的安全运行,降低了电网对风电的消纳能力。因此,本文将对双馈风电场接入弱电网的振荡机理和振荡抑制方法进行分析和研究,主要创新点如下:
1、综合考虑双馈异步风电机励磁回路、控制环节的锁相环、电流环等因素的影响,建立了单台双馈风机在静止自然坐标系下的正、负序宽频带阻抗模型。然后,在单机阻抗模型的基础上,考虑双馈风电场中机组的箱式变压器、35kV集电线路以及风电场主变压器等元件,建立了双馈风电场的正负序阻抗模型。阻抗扫描仿真结果验证了所建双馈风电场阻抗模型的正确性,该阻抗模型为揭示双馈风电场接入弱电网的宽频带振荡机理和研究振荡抑制方法提供了理论基础。
2、采用阻抗分析方法,基于所建双馈风电场正负序阻抗模型分析了双馈风电场接入感性弱电网的振荡机理。双馈风电场的序阻抗在超同步频段呈现电阻分量为负且呈容性的阻抗特性,与感性弱电网交互时,容易使并网系统呈现负阻尼状态,引发振荡。然后,分析探明了场站内集电线、变压器、电网强度、风电场中风机台数和控制器锁相环带宽以及风电场输出功率对双馈风电场稳定性的影响。最后,仿真结果证明了双馈风电场振荡机理分析的正确性。
3、针对双馈风电场与弱电网交互而产生的次/超同步振荡现象,在源-荷阻抗稳定性的角度,提出了一种弱电网下对双馈风电机进行阻抗重构的控制方法。此振荡抑制方法,减小了振荡频段中双馈风电场的负阻值阻抗特性,增大并网系统的阻尼,可有效抑制双馈风电场接入弱电网的振荡问题。然后根据阻抗稳定性分析方法,在理论上验证了阻抗重构控制方法的正确性。最后,仿真结果证明了本文所提振荡抑制方法的有效性。
1、综合考虑双馈异步风电机励磁回路、控制环节的锁相环、电流环等因素的影响,建立了单台双馈风机在静止自然坐标系下的正、负序宽频带阻抗模型。然后,在单机阻抗模型的基础上,考虑双馈风电场中机组的箱式变压器、35kV集电线路以及风电场主变压器等元件,建立了双馈风电场的正负序阻抗模型。阻抗扫描仿真结果验证了所建双馈风电场阻抗模型的正确性,该阻抗模型为揭示双馈风电场接入弱电网的宽频带振荡机理和研究振荡抑制方法提供了理论基础。
2、采用阻抗分析方法,基于所建双馈风电场正负序阻抗模型分析了双馈风电场接入感性弱电网的振荡机理。双馈风电场的序阻抗在超同步频段呈现电阻分量为负且呈容性的阻抗特性,与感性弱电网交互时,容易使并网系统呈现负阻尼状态,引发振荡。然后,分析探明了场站内集电线、变压器、电网强度、风电场中风机台数和控制器锁相环带宽以及风电场输出功率对双馈风电场稳定性的影响。最后,仿真结果证明了双馈风电场振荡机理分析的正确性。
3、针对双馈风电场与弱电网交互而产生的次/超同步振荡现象,在源-荷阻抗稳定性的角度,提出了一种弱电网下对双馈风电机进行阻抗重构的控制方法。此振荡抑制方法,减小了振荡频段中双馈风电场的负阻值阻抗特性,增大并网系统的阻尼,可有效抑制双馈风电场接入弱电网的振荡问题。然后根据阻抗稳定性分析方法,在理论上验证了阻抗重构控制方法的正确性。最后,仿真结果证明了本文所提振荡抑制方法的有效性。