新能源经柔直送出系统的阻抗建模与振荡问题研究

作     者：赵一钢 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢桦

授予年度：2023年

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

主      题：新能源和柔直变流器 小信号阻抗建模 交直流互联导纳 振荡稳定性 

摘      要：随着电力系统中新能源设备的高比例接入和柔性直流输电技术的不断发展,电力系统呈现出越来越明显的电力电子化趋势,大规模变流器的接入给电力系统稳定性带来了新的挑战,振荡问题的发生严重威胁了电力系统的安全稳定运行。因此,研究新能源经柔直送出系统的稳定性具有重要的理论和实际意义。本文以级联系统的阻抗分析法为基础,对新能源经柔直送出系统的振荡问题展开了以下研究。针对电压源型变流器(Voltage source converter,VSC),首先设计不同场景下的控制策略,并基于状态空间模型分别建立对应不同控制下VSC的二维小信号阻抗模型。其次,利用时域仿真频率扫描法得到频率响应曲线,与理论推导的结果对比进行准确性验证。最后,以常见控制模式电流内环控制和电压电流双环控制的VSC为研究对象,分析得到其比例参数和积分参数对于振荡问题有着不同程度的影响。以级联系统为研究对象,总结其等效为“源-荷系统闭环传递函数的建立方法,基于广义奈奎斯特稳定性判据(Generalized nyquist criterion,GNC)建立出系统Nyquist图判据和Bode图判据。以新能源经柔直并网系统为研究对象进行算例分析,首先建立忽略柔直内部动态的简化系统,然后分析新能源侧和柔直侧的控制参数、锁相环参数、线路参数对其振荡问题的影响,最后利用其阻抗频率特性进一步解释系统振荡机理,归纳总结出振荡点附近子系统呈现出容性或感性的特点。考虑直流侧动态和交直流端口间的动态耦合效应,针对不同控制结构建立对应的三维小信号阻抗模型,利用仿真测量法对建模结果进行准确性验证,并在三维阻抗的基础上进行振荡分析。针对单个互联变流器系统,建立等效闭环系统的模型并推导系统闭环传函,基于GNC建立Bode图稳定判据,结合特征根和Bode图相位变化分析系统振荡具体由交流侧还是直流侧引起。针对新能源经双端柔直送出系统,推导系统闭环传递函数,建立考虑各部分细节的特征方程,利用特征根的数值和位置分析出系统是否振荡以及振荡产生的位置。通过算例分析验证了三维阻抗模型的实用性,同时对于新能源经柔直送出系统也建立出一套可靠的稳定判据。