双馈风电场经串补输电系统送出的谐振机理与抑制研究

发布时间：2020-10-10 05:49

　　在新能源领域,风能是一种绿色、可再生能源。我国风力发电快速发展,大规模风电汇集地区的装机容量已经和常规火电厂相当。由于很多大型风电场位于偏远地区,距离负荷地区较远,需要在外送线路采用串联补偿装置以提高线路输送能力。双馈风机(Double Fed Induction Generator,DFIG)已经成为我国很多风电场的主力机型,其运行控制方式及变流器结构常常引起次同步谐振(Subsynchronous Resonance,SSR)问题。本文首先以我国北方某大型风电汇集地区电力系统为案例,分析大规模风电经串补输电线路送出引发的次同步谐振现象及现场录波数据,总结风电-串补输电系统次同步谐振的产生条件和特征,包括电气量波形、频率、系统阻尼、串补电容的影响、无功补偿装置、风机类型的响应和负荷影响等。其次,根据研究需要,建立双馈风机详细的数学模型,包括轴系、感应发电机、转子侧变流器(Rotor Side Converter,RSC)和网侧变流器(Grid side Converter,GSC)、内部控制等。在matlab/simulink仿真平台建立等值的系统模型,接入风机等值模型。首先建立了单台风机等值模型,基于复转矩分析法阐明了单机次同步谐振的机理,然后建立了双机等值模型,进一步阐明双机次同步谐振机理。此外,基于等值模型仿真和特征值法,定性分析风速、并网发电机台数、转子侧变流器电流跟踪比例系数等参数及风机变流器其他控制参数对次同步谐振的影响。最后,本文分析总结次同步谐振抑制方法,结合案例地区次同步谐振现象的特征与影响因素,提出一种风机侧的抑制方案,即在定子侧附加阻尼控制,选取合适的反馈信号,设计控制器的结构,通过典型的电磁暂态仿真系统验证其有效性。在风场处于同一风速、不同风速及不同装机容量三种情况下,通过改造不同比例的风机研究该抑制措施对次同步谐振的抑制效果。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM614;TM712
【部分图文】：

分布图,谐振频率,分布图,次同步谐振

华北电力大学硕士学位论文风电次同步谐振特征振的频率特征振的频率分布谐振频率的分布情况如图 2-3 所示，主要集中在 6~10Hz 之间网低频谐振频率（0~2Hz），属于次同步谐振。另外，风机轴为 1~2Hz，沽源系统中发生的谐振与轴系的固有谐振频率及其，因此，沽源地区发生的谐振是纯电气谐振，而与机械以及轴。

空间分布,泉线,谐振频率,相电流

在谐振频率的时间分布存在差异。以 2012 年 12 月 25 日沽源地区发生的风电次同步谐振现象为例。整个沽源地区的风电场、500kV 沽源站、汗沽和沽太线的电流都出现了不同程度的谐振，不同时刻沽源站电流谐振的频率如图2-4所示。从图中可以看出，谐振频率的时间分布是不同的，并且脱网前的风机频率很高，约为 7.6Hz。当风机脱网时，谐振频率逐渐降低，最终达到大约 6.2Hz。图 2-4 沽泉线 A 相电流谐振频率3、历次谐振频率的空间分布在谐振频率空间分布上没有差异，同一时刻各厂站的谐振频率较为一致。

次同步,包络线,电流,频率

图 2-6 谐振各阶段发散阶段，系统阻尼为负，约为-0.2 s-1。经小扰动后，电流幅值快速发振荡，之后由于系统阻尼的不断变化，幅值的谐振波形以低频包络线形直至收敛阶段，系统阻尼稳定为正值，约为 0.2 s-1，幅值收敛至稳定值、谐振电流拟合分析多数次同步谐振过程中，电流波形的包络线都会呈现出低频振荡的特征3 年 5 月 18 日的谐振现象为例，图 2-7 显示了电流局部放大的波形，其率大约是 0.05Hz，振荡发散和收敛过程的阻尼约为-0.033s-1和 0.035s-1的全过程中，系统始终处于临界阻尼附近，在系统为弱负阻尼时，谐振统为弱正阻尼时，谐振收敛。

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