双馈风电并网系统的高频谐振特性研究与抑制措施初探

发布时间：2020-08-12 14:54

【摘要】：随着风力发电技术的快速发展,电网中风电规模越来越大,由此带来的安全稳定问题日益显著,其中高频谐振问题就是比较突出的问题之一。本文针对双馈风电并网系统产生的高频振荡问题进行了研究,首先基于Matlab/Simulink仿真平台,搭建适用于研究双馈风电并网系统高频谐振特性分析的仿真模型;其次,采用小信号阻抗法建立了双馈风电系统与并网系统的阻抗模型,通过时域仿真法和频率扫描法验证了模型和阻抗建模的正确性;然后基于建立仿真模型和阻抗模型分析了各因素对双馈风电系统高频谐振的影响;最后提出了相应的抑制措施,仿真证明了其有效性,本文具体研究内容如下:(1)在Matlab/Simulink平台下搭建了适用于研究双馈风机并网谐振特性的仿真模型,通过时域仿真法和快速傅里叶变换法(Fast Fourier Transform,FFT)得出系统的主要高频谐波频次和谐波含量,复现了华南地区某风电场的高频谐振现象,验证了所搭模型的正确性。(2)以Matlab/Simulink平台下搭建的双馈风机并网系统的仿真模型为对象,建立了对应的阻抗分析模型,通过频率扫描法绘制出阻抗曲线波特图,与时域仿真法进行对比,验证了阻抗模型的正确性。(3)基于双馈风机并网系统的阻抗分析模型,全面分析了并网容量、网侧滤波器、控制参数、锁相环、电气距离、电气强度等因素对系统高频振荡的影响,并找出了影响系统谐振变化的最主要因素,同时也完成了系统高频谐振频率特性变化的全面分析。(4)基于上述的双馈风电并网系统高频振荡影响因素分析,提出了二阶带阻滤波器的高频振荡抑制方法和基于投切电容的高频振荡抑制方法。通过仿真,证明了本文所提高频振荡抑制方法的有效性。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM614
【图文】：

双馈,仿真建模,风机,极大值

0 （2-4）即当 0p C 或 0时 Cp有极大值，而通过分析知时，无解，故有 Cp取得极大值的条件只有：0pC （2-5）根据上式解出 Cp取极大值 Cpmax时对应的 λiopt，代入式（2-2）中，可得最佳叶尖速比 λopt关于浆距角 β 的表达式： 310.08178.5 5 1450 0.035 1opt （2-6）结合上述分析即可求取出对应的 β 不同，Cp取得极大值所对应的 λopt。故对应于 ωwopt的表达式为：opt wwoptVR （2-7）双馈风机空气动力学特性在 Matlab/Simulink 平台下的建模如下图所示：

转动系统,机械轴,双馈,仿真建模

2 ( )2 ( )w w w s s s w r w wr r s s e s w r r rs e w rH p k T D Dp （2-8）式中，p 为用于表示微分算子，ωr、ωw均指转子角速度度，分别代表风力机、发电机的相关参数；两者的惯性时间常数则分别用 Hw、Hr表示；θs表示风力机与发电机转子间的角位移；Tw表示风力机的机械转矩；ks表示风力机与发电机转子间的刚度系数；Dw、Dr、Ds分别表示两有者各自的自阻尼系数；及两者之间的互阻尼系数。风电机组的轴系自然扭振频率仅为 1 - 2Hz，这充分说明风电机组是否发生高频谐振问题与是否放大轴系扭矩与扭矩的相互作用情况并不存在直接关联性，所以这里可忽视其动态过程。故而（2-9）所示，本文引入单质量块模型，并一体化转子、风轮轴系：2 ( )( )w w w e s w rs e w rH p T T Dp （2-9）双馈风机机械轴系转动系统在 Matlab/Simulink 平台下的建模如下图所示：

框图,锁相环,仿真建模

cos图 2-9 锁相环的基本结构框图图 2-9 为锁相环的基本结构框图，其中 kp_pll、ki_pll分别表示 PLL 的比例系数和积分系数，ω0为压控振荡器的自由振荡角频率，一般取为系统的额定频率。本文中采用稳态时锁相环坐标系 q 轴与并网点电压相位重合，即 usq=us，usd=0。从 abc 三相坐标系转换到 dq 旋转坐标系的变换矩阵 T(θPLL)可表示为：cos( ) cos( 2 / 3) cos( 2 / 3)2( )3sin( ) sin( 2 / 3) sin( 2 / 3)PLL PLL PLLPLLPLL PLL PLLT （2-18）根据图 2-9，锁相环的数学模型可表示为：_0 _1+( )i pllPLL p pll sqkk us s （2-19）锁相环的仿真建模如下图所示：

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