【摘 要】
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伴随着经济的发展,能源短缺和环境污染问题也随之日益突出。以风力发电为代表的可再生能源得到了广泛地开发利用,风电大规模地接入电网可缓解能源短缺和减少环境污染,但这极大地改变了电网结构,产生了新的问题。近年来,直驱风力发电机组与电网相互作用引起的次同步振荡问题对电网的安全和稳定构成了严重威胁。本文围绕直驱永磁风力发电机组（Directly-driven Wind Turbine With Perman
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伴随着经济的发展,能源短缺和环境污染问题也随之日益突出。以风力发电为代表的可再生能源得到了广泛地开发利用,风电大规模地接入电网可缓解能源短缺和减少环境污染,但这极大地改变了电网结构,产生了新的问题。近年来,直驱风力发电机组与电网相互作用引起的次同步振荡问题对电网的安全和稳定构成了严重威胁。本文围绕直驱永磁风力发电机组（Directly-driven Wind Turbine With Permanent Magnet Synchronous Generator,D-PMSG）并网次同步振荡的产生机理及抑制方法展开研究,主要研究内容如下:（1）建立了直驱风力发电机组并网系统数学模型。D-PMSG的变流器采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）技术,机侧实现最大风能跟踪控制,网侧控制使得母线电压保持稳定,实现有功无功解耦,逆变器工作在单位功率因数状态。最终,在MATLAB中搭建了一台1MW的永磁直驱风力发电机组并网系统,并进行了仿真研究。（2）采用阻抗分析法对永磁直驱风力发电机组并网次同步振荡机理展开研究。建立了D-PMSG与电网等值阻抗模型,基于该模型对直驱风力发电机组并网系统进行稳定性分析。提出了阻抗灵敏度的概念,运用灵敏度计算与阻抗分析法分析了网侧变流器控制参数、锁相环带宽和短路比（Short Circuit Ratio,SCR）变化对次同步振荡的影响。得出减小网侧变流器控制参数中的内外环比例系数、增大锁相环带宽和减小短路比都将增大直驱风力发电机组并网系统次同步振荡发生概率的结论,并进行仿真验证。（3）提出了网侧变流器附加阻尼的控制方法。由于网侧变流器控制参数调整方案、网架结构的调整都不能从根本上解决次同步振荡问题,因此本文提出在网侧变流器控制环节附加次同步阻尼控制来抑制风力发电机组并网次同步振荡的方法。针对阻尼控制器的设计,首先建立了 D-PMSG各部分数学模型,并在平衡点线性化,最后进行特征值计算和参与因子求取,得出直驱风力发电机组直流母线电压次同步振荡参与程度最高的结论。因此,次同步阻尼控制器以直流母线电压作为控制器的输入,经过滤波环节、移相环节和比例环节,最终产生一个电压阻尼信号引入到逆变器控制环节,通过增强风电并网系统的阻尼来抑制直驱风力发电机组并网系统次同步振荡。通过特征值计算,证明该阻尼控制器对于由风速降低和短路比减小引发的次同步振荡均具有明显抑制效果。并在MATLAB/Simulink仿真平台进行仿真验证。
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