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电工技术学报 2023年第9期38卷 2375-2390,2434页

作者：孙东阳孟繁易王南金宁治蔡蔚哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001

随着电力系统容量和规模的不断扩大,常采取串补电容的方式提升输电线路的输电能力,但这加剧了电力系统中出现次同步振荡(SSO)的风险。SSO的产生会影响双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器(RSC)的控制,进而引起定子电流的振荡发散,严重时... 详细信息

随着电力系统容量和规模的不断扩大,常采取串补电容的方式提升输电线路的输电能力,但这加剧了电力系统中出现次同步振荡(SSO)的风险。SSO的产生会影响双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器(RSC)的控制,进而引起定子电流的振荡发散,严重时将会导致风机解列脱网。因此,为解决SSO对RSC控制产生扰动的问题,该文提出了基于自适应准谐振控制的RSC反步次同步振荡抑制策略。首先对SSO在RSC控制系统中的传播路径及其频率变化对控制的影响等内容展开研究;然后通过反步控制器与自适应准谐振控制器的协同控制,对DFIG定子中宽频带SSO电流进行抑制,避免发电系统输出受到SSO的影响;最后通过搭建仿真模型与实验平台,验证所提理论与控制策略的有效性。该文分别对在10 Hz、20 Hz、30 Hz及频率变化时SSO影响下的DFIG定子振荡电流抑制效果进行验证。实验结果表明,所提策略对DFIG系统中宽频带SSO具有良好的抑制效果。

关键词：双馈感应发电机次同步振荡频率变化转子侧变流器反步控制器自适应准谐振控制器

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电网次同步振荡对DFIG的影响机理分析及其抑制策略研究

电网次同步振荡对DFIG的影响机理分析及其抑制策略研究

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作者：孟繁易哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

在我国积极追求能源转型,全力实现“双碳”目标的背景下,风电等新能源发电渗透率随之提高,采用电力电子功率器件的变流装置也更为广泛的应用于新能源发电的并网控制中。但是新能源发电、电力电子装置以及串补电容的普及则进一步增加了... 详细信息

在我国积极追求能源转型,全力实现“双碳”目标的背景下,风电等新能源发电渗透率随之提高,采用电力电子功率器件的变流装置也更为广泛的应用于新能源发电的并网控制中。但是新能源发电、电力电子装置以及串补电容的普及则进一步增加了电网的复杂程度,电网出现次同步振荡的风险将随之增加,因此维持风电系统在电网次同步振荡下的稳定运行已成为重要的研究课题。在双馈风力发电机并网运行的过程中,电网次同步振荡信号将会严重影响转子侧变流器与网侧变流器的控制性能,导致双馈风电系统失稳。本文针对电网次同步振荡下双馈风力发电机控制受到干扰的问题,提出了双馈风电系统次同步振荡抑制策略。首先,本文建立了双馈感应发电机的稳态数学模型,为转子侧变流器反步控制策略的设计提供理论依据。然后建立了网侧变流器的数学模型,并根据反步控制原理与数学模型设计了网侧变流器的反步控制策略。与此同时也建立了转子侧变流器数学模型并将反步控制应用于转子侧变流器的控制中,提出转子侧变流器反步控制策略。最后通过仿真证实本文所设计的双PWM变流器反步控制策略能够可靠实现各变流器的控制目标,具有良好的控制性能,为后文双馈风电系统次同步振荡问题的研究提供基础模型。其次,本文分析了电网次同步振荡对双馈风电系统的影响机理。首先对电网次同步振荡的产生机理进行解释,明确双馈风电系统与电网次同步振荡间的作用关系。其次建立电网次同步振荡下的网侧变流器与转子侧变流器的数学模型,通过数学分析的方法明确电网次同步振荡对变流器控制的影响。最后通过仿真分析电网次同步振荡变化对双PWM变流器控制以及相应振荡抑制策略的控制结果,明确次同步振荡频率改变是影响振荡抑制策略的关键因素。再次,为了抑制双馈风电系统中不同频率的次同步分量,本文基于准谐振控制器的控制原理,设计了频率自适应准谐振控制器。通过在转子侧变流器与网侧变流器控制中附加自适应准谐振控制器,分别平抑转子侧变流器与网侧变流器控制目标中的次同步振荡分量。仿真结果表明,自适应准谐振控制器与准谐振控制器相比具有更好的控制灵活性,可以抑制双馈风电系统中不同频率的次同步分量。最后,针对本文所提出的双馈风电系统控制策略进行实验验证,通过搭建模拟电网次同步振荡下的双馈风电系统实验平台分别观察在电网稳定运行与电网次同步振荡产生时的双馈电机控制效果,通过对实验结果进行分析证实了本文所提出的双PWM变流器反步控制策略与自适应准谐振控制的有效性。

关键词：双馈风电系统转子侧变流器网侧变流器反步控制次同步振荡频率变化自适应准谐振控制

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