电压源型双馈风电机组并网次同步振荡分析与抑制
发布时间：2022-01-26 09:20
近年来,清洁环保无污染的风力发电快速发展,双馈风电机组的装机容量不断增加,为了提高输电线路传输容量电网中常常串联补偿电容,由此引发了大量的次同步振荡事故。电压源型控制技术近些年也得到了长足的发展,本文按有无电压电流内环将其分为直接电压式虚拟同步机控制和间接电压式虚拟同步机控制。本文基于阻抗分析方法,对电压源型双馈风电机组在串补电网下存在的次同步振荡相关问题进行研究,主要内容包括电压源型DFIG输出阻抗建模、串补电网下并网稳定性分析和SSO抑制策略研究。本文首先建立直接电压式虚拟同步机控制的DFIG阻抗模型,并在串补电网下分析DFIG的稳定性。在dq坐标系下基于双馈电机数学模型及虚拟同步机控制建立直接电压式虚拟同步机控制的DFIG闭环输出阻抗模型,随后分析控制环节中的参数对DFIG闭环输出阻抗特性的影响。针对串补电网下直接电压式虚拟同步机控制的DFIG,采用GNC分析电网串补度、惯性时间常数、阻尼时间常数及转子转速对双馈风电并网系统稳定性的影响。由于间接电压式虚拟同步机控制的DFIG有电压电流内环,阻抗特性与直接电压式虚拟同步机控制的DFIG有很大不同。因此,本文将建立间接电压式虚拟同步...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
010-2019年全国风电发展趋势
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-运行、桨距角控制以及储能等方式，从而保持系统频率恒定[11]。ddtrefff低通滤波器风电机组功率曲线2MPPTPffP斜率限制下垂控制虚拟惯量控制pKdKrefsP图1-2电流源型DFIG控制策略当控制策略不同时，DFIG的控制特性会有较大差异。根据这些控制策略的区别，DFIG的惯量控制策略可分为电流源型控制和电压源型控制。DFIG的电流源型控制是以输出电流为控制目标，原有风电变流器中电流内环控制结构不变，通过锁相环不仅得到电网电压相角，而且也得到电网的频率及其变化率，将虚拟惯量和下垂控制引入到功率外环控制器中来改变机组有功输出[12]。图1-2为电流源型DFIG控制策略，电流源型控制并没有改变传统矢量控制的结构，该运行方式下的风电机组仍不具备传统同步发电机的电网主动支撑能力。另外电流源运行方式下风机控制系统和电网之间会通过锁相环和线路阻抗相互影响，如果参数整定不合理，系统会出现不稳定的现象，在弱电网下还可能会出现振荡的风险[13]。图1-3虚拟同步机的发展历史对电压源控制方式下的DFIG，它的控制目标是输出电压的幅值高低和相位大小，具体实现方法是改变DFIG的控制策略从而使其对外表现为电压源特性，DFIG的功率可以随着负荷的情况而做出调整，从而使风电机组具有和传统同步发电机类似的惯量支撑特点，目前它的主要实现方式是采用虚拟同步机(VirtualSynchronousGenerator，VSG)控制，它的发展历史如图1-3所示[15]。VSG控制取消了传统矢量控制中的锁相环，改变控制策略使其和同步电机的转子摇摆
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-17-式中：0()=0bjpqiacpacsTsDkksG将矢量合成得到的转子励磁电压转换到同步旋转坐标系得：cossinrdrrrqrruUuU(2-20)将其小信号线性化可得TrrrurUuG(2-21)式中：000000sincos=cossinrrrurrrrUUG如果考虑控制系统的延时，则延时相对应的表达式为101101dddeddTsTsTsTsG(2-22)式中：1/dsTf，其中sf是开关频率。直接电压式虚拟同步机控制环节控制DFIG的转子电压，将虚拟同步机控制环节小信号模型和DFIG小信号模型结合到一起，并考虑控制系统的延时作用，则可得到直接电压式虚拟同步机控制的DFIG转子侧小信号阻抗模型如图2-7所示：双馈电机小信号模型虚拟同步控制小信号模型图2-7直接电压式虚拟同步机控制的DFIG转子侧小信号模型由图2-7容易看出转子电压与定子电压都会影响定子电流的输出，为了得到定子电流和电压的小信号扰动量间的转化过程，可采用化简结构框图的方法计算，则可以得到直接电压式虚拟同步机控制的双馈电机转子侧闭环输出阻抗为
【参考文献】：
期刊论文
[1]“十四五”中国海上风电发展关键问题[J]. 时智勇,王彩霞,李琼慧. 中国电力. 2020(07)
[2]风电机组电网友好型控制技术要点及展望[J]. 程鹏,马静,李庆,王伟胜. 中国电机工程学报. 2020(02)
[3]双馈风电系统虚拟同步控制的阻抗建模及稳定性分析[J]. 李辉,王坤,胡玉,王晓,夏桂森. 中国电机工程学报. 2019(12)
[4]虚拟同步机示范工程综述[J]. 刘国宇,蔺圣杰,吴鸣,孙丽敬,赵婷,李彬彬. 供用电. 2019(04)
[5]网侧次同步阻尼控制器的设计及其RTDS测试[J]. 张旭,谢小荣,刘辉,李雨,李蕴红. 中国电机工程学报. 2018(22)
[6]大型风电机组惯量控制研究现状与展望[J]. 邵昊舒,蔡旭. 上海交通大学学报. 2018(10)
[7]基于定子虚拟阻抗的双馈风电机组虚拟同步控制策略[J]. 谢震,孟浩,张兴,靳晓雯. 电力系统自动化. 2018(09)
[8]能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J]. 周孝信,陈树勇,鲁宗相,黄彦浩,马士聪,赵强. 中国电机工程学报. 2018(07)
[9]虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用与展望[J]. 柴建云,赵杨阳,孙旭东,耿华. 电力系统自动化. 2018(09)
[10]与SG具有一致响应的VSG小信号建模和分析[J]. 陈昕,张昌华,黄琦,杨文龙,陈树恒,刘群英. 电力自动化设备. 2017(11)
硕士论文
[1]双馈风电机组并网振荡分析与抑制策略研究[D]. 方冉.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3610238
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
010-2019年全国风电发展趋势
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-运行、桨距角控制以及储能等方式，从而保持系统频率恒定[11]。ddtrefff低通滤波器风电机组功率曲线2MPPTPffP斜率限制下垂控制虚拟惯量控制pKdKrefsP图1-2电流源型DFIG控制策略当控制策略不同时，DFIG的控制特性会有较大差异。根据这些控制策略的区别，DFIG的惯量控制策略可分为电流源型控制和电压源型控制。DFIG的电流源型控制是以输出电流为控制目标，原有风电变流器中电流内环控制结构不变，通过锁相环不仅得到电网电压相角，而且也得到电网的频率及其变化率，将虚拟惯量和下垂控制引入到功率外环控制器中来改变机组有功输出[12]。图1-2为电流源型DFIG控制策略，电流源型控制并没有改变传统矢量控制的结构，该运行方式下的风电机组仍不具备传统同步发电机的电网主动支撑能力。另外电流源运行方式下风机控制系统和电网之间会通过锁相环和线路阻抗相互影响，如果参数整定不合理，系统会出现不稳定的现象，在弱电网下还可能会出现振荡的风险[13]。图1-3虚拟同步机的发展历史对电压源控制方式下的DFIG，它的控制目标是输出电压的幅值高低和相位大小，具体实现方法是改变DFIG的控制策略从而使其对外表现为电压源特性，DFIG的功率可以随着负荷的情况而做出调整，从而使风电机组具有和传统同步发电机类似的惯量支撑特点，目前它的主要实现方式是采用虚拟同步机(VirtualSynchronousGenerator，VSG)控制，它的发展历史如图1-3所示[15]。VSG控制取消了传统矢量控制中的锁相环，改变控制策略使其和同步电机的转子摇摆
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-17-式中：0()=0bjpqiacpacsTsDkksG将矢量合成得到的转子励磁电压转换到同步旋转坐标系得：cossinrdrrrqrruUuU(2-20)将其小信号线性化可得TrrrurUuG(2-21)式中：000000sincos=cossinrrrurrrrUUG如果考虑控制系统的延时，则延时相对应的表达式为101101dddeddTsTsTsTsG(2-22)式中：1/dsTf，其中sf是开关频率。直接电压式虚拟同步机控制环节控制DFIG的转子电压，将虚拟同步机控制环节小信号模型和DFIG小信号模型结合到一起，并考虑控制系统的延时作用，则可得到直接电压式虚拟同步机控制的DFIG转子侧小信号阻抗模型如图2-7所示：双馈电机小信号模型虚拟同步控制小信号模型图2-7直接电压式虚拟同步机控制的DFIG转子侧小信号模型由图2-7容易看出转子电压与定子电压都会影响定子电流的输出，为了得到定子电流和电压的小信号扰动量间的转化过程，可采用化简结构框图的方法计算，则可以得到直接电压式虚拟同步机控制的双馈电机转子侧闭环输出阻抗为
【参考文献】：
期刊论文
[1]“十四五”中国海上风电发展关键问题[J]. 时智勇,王彩霞,李琼慧. 中国电力. 2020(07)
[2]风电机组电网友好型控制技术要点及展望[J]. 程鹏,马静,李庆,王伟胜. 中国电机工程学报. 2020(02)
[3]双馈风电系统虚拟同步控制的阻抗建模及稳定性分析[J]. 李辉,王坤,胡玉,王晓,夏桂森. 中国电机工程学报. 2019(12)
[4]虚拟同步机示范工程综述[J]. 刘国宇,蔺圣杰,吴鸣,孙丽敬,赵婷,李彬彬. 供用电. 2019(04)
[5]网侧次同步阻尼控制器的设计及其RTDS测试[J]. 张旭,谢小荣,刘辉,李雨,李蕴红. 中国电机工程学报. 2018(22)
[6]大型风电机组惯量控制研究现状与展望[J]. 邵昊舒,蔡旭. 上海交通大学学报. 2018(10)
[7]基于定子虚拟阻抗的双馈风电机组虚拟同步控制策略[J]. 谢震,孟浩,张兴,靳晓雯. 电力系统自动化. 2018(09)
[8]能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J]. 周孝信,陈树勇,鲁宗相,黄彦浩,马士聪,赵强. 中国电机工程学报. 2018(07)
[9]虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用与展望[J]. 柴建云,赵杨阳,孙旭东,耿华. 电力系统自动化. 2018(09)
[10]与SG具有一致响应的VSG小信号建模和分析[J]. 陈昕,张昌华,黄琦,杨文龙,陈树恒,刘群英. 电力自动化设备. 2017(11)
硕士论文
[1]双馈风电机组并网振荡分析与抑制策略研究[D]. 方冉.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3610238
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