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风电并网的谐波动态模型研究及谐振分析

风电并网的谐波动态模型研究及谐振分析

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作者：张炳蔚山东大学

学位级别：硕士

近年来,为应对能源危机和环境污染,风电发展日趋迅速。风力发电与火力、水力发电相比,输出电能具有间歇性和随机性的特点,大规模的电力电子装置接入带来高频次、宽频域的谐波电流,更容易与电网产生谐振,危及设备的安全。因此,建立风电... 详细信息

近年来,为应对能源危机和环境污染,风电发展日趋迅速。风力发电与火力、水力发电相比,输出电能具有间歇性和随机性的特点,大规模的电力电子装置接入带来高频次、宽频域的谐波电流,更容易与电网产生谐振,危及设备的安全。因此,建立风电场并网谐波域动态模型,研究并网谐波特性及其激发的谐波谐振问题,有利于风电机组的安全可靠运行。本文针对风电场并网带来的谐波污染问题,建立了风电场并网的谐波域动态模型,计算并网点的谐波电流,分析其特性。基于该动态模型,研究了谐波谐振问题,主要研究内容有以下四个方面:(1)单个双馈异步风力发电机(Doubly fed Induction Generator,DFIG)并网谐波电流分析。基于DFIG谐波发射和传播机理,将其解耦为网侧和机侧并网,求取两个谐波电压源,建立变流器谐波控制、传播模型,得到并网谐波域动态模型,分析单个DFIG并网的谐波特性。(2)基于单个DFIG并网的谐波模型,评估风速、电网背景谐波、载波频率、死区时间等因素对并网谐波电流的动态影响。电网背景谐波影响并网低次谐波电流,成正比例关系;风速主要影响并网点高次谐波电流,在工作风速内,随风速增加,高次谐波电流幅值减小,达到额定风速后,高次谐波电流幅值不再变化;死区时间影响并网低次谐波电流,成正比例关系;载波频率影响并网点高次谐波电流,其次数为三角波频率奇数倍,偶数倍三角载波的奇数倍转子基频边带谐波和奇数倍三角载波的偶数倍转子基频边带谐波。(3)风电场谐波域动态模型建立。基于单个DFIG并网谐波域动态模型,结合风电场本身的运行特点,使用多机等值法,首先以风电机组的风速状态参数作为聚类指标,计算聚类中心点,对风机分组;然后基于风电场各元件的谐波模型,计算组内的等值风机的等值参数,包括等效输入风速、电机、等效馈线、变压器并网参数,建立风电场的谐波域动态等值模型,并通过仿真比较多机模型、单机模型、详细模型的输出有功和谐波电流总畸变随风速的变化,验证了多机模型的准确性。(4)风电场并网系统谐振研究。应用风场谐波域负荷模型,基于模态分析方法分析谐振问题的产生机理,量化每个谐振点的节点灵敏度。求取各节点对该谐振点的贡献程度,为谐振的抑制提供理论依据;基于灵敏度分析方法,研究了每个谐振点的阻抗灵敏度和频率灵敏度,量化了系统参数对谐振频率和振幅的影响。通过分析得到对谐振参与度较高的元件、节点,为谐振的治理提供理论依据。同时,基于风电并网系统的谐波域模型,采用阻抗分析方法,利用奈奎斯特准则研究连接到电网的风电场的谐波稳定性,研究风电场控制系统中各参数及工作状态对谐波稳定性的影响。

关键词：风电场谐波域动态模型谐波谐振

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