直驱风机并网次同步振荡分析与抑制研究

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近些年来风电飞速发展,风电装机容量不断增大,永磁直驱风力发电机凭借其特有的优势广泛应用于风电系统中。直驱风电场并入弱交流电网的场景在实际工程中广泛存在。直驱风电场与弱交流电网之间相互作用会引发次同步振荡,对于这一场景的次同步振荡问题亟需研究。针对直驱风电场并入弱交流电网的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,现有研究多将整个风电场等值为单机模型进行研究。但实际风电场呈空间分布,且相距较远,而单机模型无法反映这一特性。针对这一问题,本文将整个风电场分为两个子风电场,分别等效成一台直驱风机,建立双机并入弱交流电网的小信号数学模型,并在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证。在永磁直驱风机运行在最大功率跟踪状态下,通过特征值分析和时域仿真,分析风机的风速、开机数和线路电抗对系统次同步振荡特性的影响。特征值分析和时域仿真结果表明:当风速相同时,不同位置的风机对系统次同步振荡特性影响程度不同,汇流母线近端的风机对系统稳定性的影响大于远端风机;当整个风电场的开机数为定值,近端子风电场开机数越大,系统的不稳定程度越低;线路电抗越小系统的不稳定程度越低,并网距离近的子风电场对系统次同步振荡特性影响更大,且当风电场内部线路电抗减小到一定值时,可忽略内部线路电抗对系统的影响。对本文建立的模型进行特征根分析可知系统存在不稳定的次同步振荡模态,为此本文提出了在风机中加装次同步附加阻尼控制器来抑制次同步振荡。首先针对次同步振荡模态进行参与因子分析,找出与次同步振荡相关的环节,明确引起次同步振荡的原因;随后提出次同步附加阻尼控制器的设计方法,根据可观性和可控性指标的计算结果,选取附加阻尼控制器的输入信号和输出信号的附加位置;同时采用全局搜索算法对控制参数进行整定,以获得最好的控制效果;仿真对比结果表明本文提出的附加阻尼控制器可以有效地抑制系统的次同步振荡。
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