双馈风力发电机经固定串补外送系统中的次同步振荡研究

发布时间：2020-07-18 14:38

【摘要】：双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)具有变速恒频运行、控制性能灵活以及发电效率高等特点,得到了十分广泛的应用。由于我国风能资源与负荷中心在空间上具有逆向分布特征,为了充分利用风能资源发电,就得靠远距离传输将风电送出。实现大规模风电外送的有效措施之一就是采用串联电容器补偿技术,但双馈感应发电机在经串联补偿线路外送风电时,可能会诱发次同步控制相互作用(Sub-Synchronous Control Interaction,SSCI)问题。本文首先建立了适用于次同步控制相互作用分析的各部分数学模型,在此基础上,深入研究了 SSCI的发生机理和干扰因素。基于单机无穷大系统,在PSCAD/EMTDC仿真软件上搭建模型,通过时域仿真法,验证了理论分析的正确性。针对机组间的交互作用对SSCI的影响情况进行了理论推导,分析结果表明风电机组的台数和变流控制器参数都会对SSCI问题产生影响,在PSCAD/EMTDC仿真软件上建立了多台风机模型,通过时域仿真验证以上理论的正确性。然后分析了双馈风力发电机组两种控制模式的特点,并分别在系统中各个发电机组控制方式相同和不同的情况下,在PSCAD/EMTDC仿真软件上建立多台风机仿真模型,分析风电机组在两种控制模式下,系统出现扰动时的振荡特性。通过以上的分析,对以后风机控制方式的合理搭配和对系统振荡抑制措施的研究提供了参考。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315;TM712
【图文】：

次同步振荡,风力发电系统,次同步

步振荡（Ｓｕｂ－ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋Ｔｏｒｓｉｏｎａｌ邋Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ＳＳＴＩ）、次同步控制相互作用逡逑（Ｓｕｂ－ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ＳＳＣＩ）Ｉ９］。发生在风力发电系统中的常见逡逑的几种次同步振荡分类如图１．１所示。逡逑次同步谐振逦感应发电机效应逡逑（ＳＳＲ）逦逦邋（ＩＧＥ）逡逑风电机组次同逦装置引起的次同步逦机电扭转互作用逡逑步振荡（ＳＳＯ厂—振荡（ＳＳＴＩ）逦一逦（ＴＩ）逡逑＿次同步控制相互作逡逑用（ＳＳＣＩ）逡逑图１．１风力发电系统中的几类次同步振荡逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｅｖｅｒａｌ邋ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋Ｗｉｎｄ邋Ｐｏｗｅｒ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑感应发电机效应（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ邋Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ邋ｅｆｆｅｃｔ，ＩＧＥ）源于同步发电机转子在次逡逑同步频率电流下表现出的视在负阻特性［ｉｅ］。如果发电机的定子绕组电阻和输电逡逑系统在次同步频率电流下的等效电阻之和小于发电机转子绕组对次同步频率电逡逑流的等效负值电阻时，就会引起系统电气自激振荡问题的发生。ＩＧＥ与汽轮发逡逑电机轴系没有关系，它仅仅是一种电气系统动态行为的自激现象，只有ＩＧＥ时逡逑并不能引起轴系扭振问题的发生。逡逑机电扭转相互作用（Ｔｏｒｓｉｏｎａｌ邋Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ，邋ＴＩ）是指汽轮发电机轴系和串补逡逑线路两者间的耦合作用，属于机械系统和电气系统之间的相互耦合关系，强调逡逑的是汽轮发电机轴系的固有扭振频率与电力系统的电气谐振频率的互补［１１］。因逡逑此

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２．２邋ＤＦＩＧ的工作原理简介逡逑双馈风力发电机组由风力机、机械传动系统、双馈感应发电机、变流器及其逡逑控制系统等组成。其结构如图２．１所示。逡逑Ａ逡逑齿轮箱逦—（＾）逡逑１逦变压器逦电网逡逑ＲＳＣ逦ＧＳＣ逡逑＾ｌｌ￣ｔ￣￣逡逑——２ｉ邋４＝：邋－Ｈ逦１逡逑图２．１邋ＤＦＩＧ结构示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＤＦＩＧ逡逑双馈感应发电机其定子侧与电网直接连接，转子侧通过双ＰＷＭ换流器与电逡逑网相连。其中，与发电机连接的换流器称为转子侧换流器（Ｒｏｔｏｒ邋Ｓｉｄｅ邋Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，逡逑ＲＳＣ），通过坐标变换可以实现最大风能跟踪和发电机定子侧功率因数控制，逡逑以及风机并网控制等功能。与电网相连接的换流器称为网侧换流器（Ｇｒｉｄ邋Ｓｉｄｅ逡逑Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＧＳＣ），能够维持直流环节电压的恒定，同时在一定范围内可以调逡逑节电网侧的电压。逡逑８逡逑

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