虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡稳定性分析及抑制措施研究

作     者：李鹏冲 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：马静;秦世耀

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：双馈风力发电机 虚拟同步 次同步振荡 能量耗散率 振荡抑制措施 

摘      要：近年来,随着大比例风电接入电网,风电机组自身弱惯性的缺点导致电力系统的调节能力也随之减弱,系统稳定安全运行的问题受到挑战。虚拟同步控制技术在风电机组的应用,使得风机具有类似同步发电机的惯性和频率响应特性,在一定程度上改善了风机的弱惯性的缺点。目前,双馈风机并网系统次同步振荡现象频发,虽然针对传统控制方式的双馈风机并网系统次同步振荡问题已有大量研究,但对于虚拟同步控制方式的双馈风电机组并网系统的次同步振荡特性和内在机理还缺乏深入研究。因此,如何快速有效评估虚拟同步双馈风机并网系统稳定性水平并提出有效的抑制措施,已成为亟待解决的问题。论文主要研究内容和成果如下:针对虚拟同步双馈风电机组的次同步振荡特性分析模型问题,本文根据双馈风机的异步发电机数学模型,构建了双馈风机采用虚拟同步控制策略的数学模型,在此基础上,通过一种节点电流方程的能量函数构造方法构建虚拟同步双馈风电机组并网系统动态能量模型,反映系统次同步振荡特性,最后,通过虚拟同步双馈风电机组并网系统仿真和算例分析证明动态能量能够直观地反映系统的振荡特性。针对虚拟同步双馈风机并网系统稳定性水平评估问题,本文提出了基于能量耗散率的虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡稳定性分析方法。首先根据构建的虚拟同步双馈风机动态能量模型,推导出风机端口动态能量函数解析表达式。然后,根据Lyapunov稳定定律,将动态能量函数关于时间的变化率定义为能量耗散率,反映在振荡过程中系统动态能量的变化趋势,并作为次同步振荡稳定水平的评估依据。在此基础上,阐明虚拟同步控制策略的控制参数与能量耗散率的关系,揭示各个控制参数对系统稳定性的影响规律。最后,通过搭建虚拟同步双馈风机并网仿真模型,对上述方法进行验证。针对虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡抑制措施问题,本文提出了一种基于附加能量支路的次同步振荡抑制措施。首先根据虚拟同步控制策略的不同控制支路对动态能量进行分类分析,根据关键控制支路对能量耗散率的不同影响,以减小系统中正动态能量为目标,设计相应的附加能量支路。在此基础上,对附加能量支路控制参数进行优化,实现多附加能量支路的协同控制策略。最后,通过仿真对上述控制策略进行验证。