风场链式SVG高频谐振机理分析与控制方法研究

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近些年,风力发电作为技术最成熟、最具规模化开发潜力的新能源发电技术得到广泛运用,而静止无功发生器(static var generator,SVG)因具有响应速度快、动态补偿能力强等优点被广泛应用于风场区域系统的无功补偿中,但是随着SVG等无功补偿装置并网数量的增加,风场区域系统宽频带谐振问题也开始显现。因此围绕集群风场并网变流器高频谐振问题,本文以汇流站内并网链式SVG为研究对象,对空载线路投入导致风场区域系统内链式SVG高频谐振发生的机理和抑制方法展开研究。首先介绍链式SVG整体结构及其运行原理,建立其在不同坐标系下的数学模型,在此基础上对链式SVG基本控制策略(指令电流提取、电流内环控制)进行介绍和分析,为下一步揭示风场区域系统链式SVG高频谐振的发生机理以及抑制策略奠定基础。另外,针对电网电压质量不佳时锁相环精度下降导致链式SVG无功补偿效果变差的问题,本文提出一种基于滑动傅里叶变换的频率自适应鉴相器,对传统锁相环进行改进,提高其抗谐波干扰和抗直流电压偏置的能力,进而提高链式SVG对不同电网环境的适应能力。针对含链式SVG的风场区域系统高频谐振问题,本文采用谐波线性化的方法建立包含锁相环、功率外环以及电流内环在内的SVG谐波阻抗模型,利用阻抗分析法分析风场区域空载线路投入对SVG稳定性的影响,揭示风场区域系统高频谐振的发生机理。然后,为抑制系统高频谐振,本文提出一种基于电压前馈附加带阻滤波器的SVG高频谐振抑制策略,对SVG侧中高频段等效阻抗进行重塑,以保证系统在该频段呈正阻尼状态,并讨论带阻滤波器中心频率和阻尼系数对系统相位裕度的影响。最后利用搭建的含链式SVG风场区域系统仿真模型,验证了理论分析的正确性和所提抑制策略的有效性。针对本文所提基于电压前馈附加带阻滤波器的高频谐振抑制策略在电网侧阻抗大范围变化时相位补偿效果不佳的问题,本文在此基础上引入超前校正环节,构建一种新型的高频谐振抑制策略,以适应电网侧阻抗的变化。首先利用相位补偿和幅值校正单元构造超前校正环节,然后给定所提高频谐振抑制策略中各参数的设计原则,保证链式SVG在交截频率处具有最大的阻尼,使系统具有一定的相位裕度。基于超前校正的高频谐振抑制策略能够有效抑制系统高频谐振的发生,并且该策略也具有较好的动态性能,最后通过系统仿真对所提高频谐振抑制策略的有效性进行验证。
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