双馈风电场接入并补电网的高频振荡分析与抑制

作     者：张星 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黎灿兵

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：双馈风电场 并补电网 高频振荡 阻抗模型 变权重灰色关联评估 阻抗重塑 

摘      要：在“碳达峰、“碳中和目标的引领下,风力发电因技术成熟且环保而得到快速发展。接入并补电网的风电场存在发生高频振荡的风险,这对电网安全稳定运行造成极大威胁。针对风电场和并补电网相互作用会引发高频振荡这一问题,本文以一个双馈风电场接入并补电网(Doubly Fed Wind Farm-connected to Parallel Compensation Grid,DFWF-PCG)系统为案例进行高频振荡分析与抑制,具体内容及贡献简述如下:(1)通过推导戴维南等效电路建立双馈风电场和并补电网的阻抗模型,该模型可直接分析系统运行状态。通过网侧换流器(Grid Side Converter,GSC)、转子侧换流器(Rotor Side Converter,RSC)、感应发电机及其控制结构求出双馈风机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)的戴维南等效电路,并建立其阻抗模型;然后整理出双馈风电场和并补电网的戴维南等效电路、求解并网点两侧的阻抗;在算例分析中基于阻抗模型判断系统是否会发生高频振荡并求解振荡频率,同时仿真验证阻抗模型能进行高频振荡分析。(2)提出变权重灰色关联评估方法以便于分析和评估高频振荡影响因素。依据阻抗模型求解参数变化时并网点两侧的阻抗,通过对应的阻抗曲线求解不同参数时的振荡频率。采用变权重灰色关联评估方法求解高频振荡的主要影响因素,该方法可以从变量自身及变化量的角度分析影响因素对振荡频率的关联程度。(3)提出RSC转子电流附加定子电压前馈(RSC Rotor Current with Additional Stator Voltage Feed-forward,RCASVF)控制、双向协调电压前馈控制两种策略以便于对双馈风电场进行阻抗重塑,由此避免DFWF-PCG系统高频振荡的发生。RCASVF控制是在RSC中改进基于定子电压定向的转子电流控制,通过附加定子电压前馈来重塑RSC和感应发电机的阻抗;双向协调电压前馈控制是在RCASVF的基础上改进GSC控制方案,通过附加电网电压前馈来重塑GSC支路阻抗。在建模过程中验证了双向协调电压前馈控制比RCASVF控制多一个阻尼控制器,但该方式下DFIG阻抗重塑对自身参数依赖性很小;在算例分析中证明了两种策略都能实现双馈风电场宽频阻抗重塑、在宽频范围内抑制DFWF-PCG系统的高频振荡。