双馈风电机组并网振荡分析与抑制策略研究

发布时间：2020-03-20 05:16

【摘要】：双馈风电机组是目前使用最广泛的风力发电机组类型之一,其并网稳定性问题备受关注。由于双馈风电场一般建设在远离负荷中心的地区,双馈风电机组并网振荡大多发生在两种并网条件下,一种是与电网阻抗不能忽略的弱电网连接,这时电网阻抗和双馈风电机组等效阻抗的交互作用可能会导致并网振荡。另一种是与接有串联补偿电容的串补电网连接,这种情况下并网系统存在着发生次同步谐振的风险。本文以阻抗模型为工具,对这两种并网条件下的双馈风电机组并网振荡问题进行分析,并设计改进控制器提高双馈风电机组的并网稳定性。为了分析弱电网条件下的并网振荡问题,本文首先在dq坐标系下建立了双馈风电机组小信号统一阻抗模型。与已有模型不同的是,本文所建立的模型中同时考虑了双馈风电机组的转子侧和网侧控制器内外环以及锁相环的影响,并通过直流母线环节的功率耦合作用将转子侧和网侧联系起来。基于推导的统一阻抗模型,利用广义奈奎斯特稳定判据分析了控制器参数以及电网强度等因素对弱电网下双馈风电机组并网稳定性的影响。同时根据阻抗模型,分别推导出并网点电压到机侧和网侧控制器输出电压给定之间的小信号传递关系,据此分别在机侧和网侧控制器中引入并网点电压扰动量前馈,提高机组在弱电网下的并网稳定性。由于dq坐标系下的阻抗模型物理意义不明确,难以用于串补电网条件下的次同步谐振分析。本文通过将dq坐标系下的统一阻抗模型变换为复矢量形式并进行频率变换,得到两相静止坐标系下双馈风电机组的正负序阻抗模型,模型的耦合程度得到降低,并且具备明确的物理意义。基于该模型,采用等效RLC串联谐振电路,分析了控制器参数以及电网参数对并网系统次同步谐振频率和等效阻尼的影响。由于分析得出次同步频段的系统等效阻尼是随频率降低的,本文通过同时在转子侧控制器中引入附加阻尼和虚拟感抗,在提高系统次同步频段阻尼的同时降低系统固有次同步谐振频率,使该控制器相对于单纯的附加阻尼控制器能够更有效地抑制次同步谐振的发生。通过在Simulink中搭建详细仿真模型,对双馈风电机组等效阻抗进行扫频测量验证了本文所推导模型的正确性,并通过仿真验证了本文在弱电网和串补电网条件下稳定性分析的正确性和改进控制器的有效性。在实验室双馈实验平台上进行实验验证了弱电网下稳定性分析的正确性和改进控制器的有效性。
【图文】：

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储量丰富，清洁无污染的优点，加之近年来风力发电技术日趋成熟，不断下降，风能已经成为全球应用规模最大，最受关注的新能源发电方风电已经成为很多国家应对气候变化以及推进新能源转型战略的重要途全球风能理事会发布的数据显示，2017 年全球风电新增装机容,492MW，累计装机容量达到 539,123MW[1]。全球风力发电装机容量在的高速增长后，，依然保持着强劲的增长势头。根据全球风能理事会发，到 2020 年风电年新增市场将达到 100GW，累计市场达到 879GW。可风力发电在全球新能源革命进程中是大势所趋。中国风力资源丰富，可的风能储量约 10 亿 kW，开发利用空间巨大，中国风力发电经过多年的式发展，风电产业实现了接连突破，图 1-1 展示了近十年来中国风电发总发电量的比重变化。根据国家能源局在 2016 年发布的《风电发展”规划》，到 2020 年底，中国风电累计并网装机容量要确保达到 2.1 亿，风电年发电量确保达到 4200 亿千瓦时，约占全国总发电量的 6%[2]。来中国风力发电产业仍将保持强劲发展的势头，风力发电在中国的发电比重将不断提高。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315

【参考文献】