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随着中国电气化水平的逐步提升和绿色发展理念的不断增强,近年来中国一直在大力减少化石能源的燃烧,同时推行可再生清洁能源的替代,其中以双馈异步风力发电机为代表的风力发电发展迅速;与此同时,基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(Modular Multilevel Converter HVDC,MMC-HVDC)技术不断成熟,由于其拥有谐波含量少、设计模块化、无换相失败、功率损耗少和故障处理能力强等优势,被广泛应用在双馈风电场并网消纳工程中。但是,实际工程中双馈风电场经柔性直流输电并网系统的次同步振荡现象也时有发生,这种新型的振荡失稳现象已经引起了许多行业专家的关注。因此,针对双馈风电场经柔性直流输电并网的稳定性分析与控制研究就变得尤为重要,其研究结果对实际工程具有十分重要的指导意义。
本文研究了实际工程中双馈风电场经柔性直流输电并网系统的次同步振荡机理和抑制策略。首先,搭建了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的仿真模型,并仿真出实际工程中系统出现的次同步振荡现象。其次,建立了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的阻抗模型,并以此分析了系统发生次同步振荡的机理。最后,分析了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的次同步振荡特性,并以此提出了一种基于准比例谐振抑制器的次同步振荡协同抑制策略。本文的主要研究工作和取得的成果如下:
(1)搭建了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的仿真模型,并仿真出实际工程中系统出现的次同步振荡现象。首先,研究了双馈异步风力发电机的数学模型、功率特性和控制环节,同时从拓扑结构、工作原理、数学模型和控制环节研究了MMC,并根据以上研究内容建立了双馈异步风力发电机和MMC模型。其次,根据以上建立的模型搭建了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的仿真模型。最后,通过电磁暂态仿真验证了仿真模型的有效性并仿真出实际工程中系统出现的次同步振荡现象。
(2)建立了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的阻抗模型,并以此分析了系统发生次同步振荡的机理。首先,基于阻抗法分别搭建了双馈异步风力发电机和MMC阻抗模型,并基于以上阻抗模型建立了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的阻抗模型。其次,依据阻抗模型的串联谐振原理分析了系统发生次同步振荡的机理。最后,通过电磁暂态仿真验证了阻抗模型的有效性和基于阻抗模型的次同步振荡机理分析。
(3)分析了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的次同步振荡特性,并以此提出了一种基于准比例谐振抑制器的次同步振荡协同抑制策略。首先,深入分析了次同步振荡传入送端MMC、直流线路和受端MMC所造成的具体影响,并且理论推导出次同步振荡的传播特性和频率耦合特性。其次,提出了一种基于准比例谐振抑制器的次同步振荡协同抑制策略。最后,通过电磁暂态仿真验证了次同步振荡特性分析和次同步振荡协同抑制策略的有效性。
本文研究了实际工程中双馈风电场经柔性直流输电并网系统的次同步振荡机理和抑制策略。首先,搭建了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的仿真模型,并仿真出实际工程中系统出现的次同步振荡现象。其次,建立了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的阻抗模型,并以此分析了系统发生次同步振荡的机理。最后,分析了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的次同步振荡特性,并以此提出了一种基于准比例谐振抑制器的次同步振荡协同抑制策略。本文的主要研究工作和取得的成果如下:
(1)搭建了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的仿真模型,并仿真出实际工程中系统出现的次同步振荡现象。首先,研究了双馈异步风力发电机的数学模型、功率特性和控制环节,同时从拓扑结构、工作原理、数学模型和控制环节研究了MMC,并根据以上研究内容建立了双馈异步风力发电机和MMC模型。其次,根据以上建立的模型搭建了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的仿真模型。最后,通过电磁暂态仿真验证了仿真模型的有效性并仿真出实际工程中系统出现的次同步振荡现象。
(2)建立了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的阻抗模型,并以此分析了系统发生次同步振荡的机理。首先,基于阻抗法分别搭建了双馈异步风力发电机和MMC阻抗模型,并基于以上阻抗模型建立了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的阻抗模型。其次,依据阻抗模型的串联谐振原理分析了系统发生次同步振荡的机理。最后,通过电磁暂态仿真验证了阻抗模型的有效性和基于阻抗模型的次同步振荡机理分析。
(3)分析了双馈风电场经MMC-HVDC并网系统的次同步振荡特性,并以此提出了一种基于准比例谐振抑制器的次同步振荡协同抑制策略。首先,深入分析了次同步振荡传入送端MMC、直流线路和受端MMC所造成的具体影响,并且理论推导出次同步振荡的传播特性和频率耦合特性。其次,提出了一种基于准比例谐振抑制器的次同步振荡协同抑制策略。最后,通过电磁暂态仿真验证了次同步振荡特性分析和次同步振荡协同抑制策略的有效性。