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永磁直驱风机并网系统次同步振荡问题分析研究

永磁直驱风机并网系统次同步振荡问题分析研究

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作者：王欣浩华北电力大学

学位级别：硕士

伴随新能源和直流工程的广泛应用,电力系统的电力电子化特征日益明显,电力电子化电力系统已经初步形成。风机迅猛发展,大容量高比例可再生能源接入电网,大量直流输电接入电网,形成了“强直弱交”的电力系统新局面。次同步振荡频繁发生,... 详细信息

伴随新能源和直流工程的广泛应用,电力系统的电力电子化特征日益明显,电力电子化电力系统已经初步形成。风机迅猛发展,大容量高比例可再生能源接入电网,大量直流输电接入电网,形成了“强直弱交”的电力系统新局面。次同步振荡频繁发生,造成严重后果。目前次同步振荡的机理还没有研究透彻,没有形成统一认识,以往研究认为直驱型风电机组不会发生次同步振荡问题,新疆哈密地区的直驱风机次同步振荡问题打破了已有认识,属于新型的次同振荡,一时间成为电力系统领域的研究热点,对此方面的研究具有工程和理论价值。本文首先从永磁直驱风机并网系统基于RTDS的建模仿真入手,在掌握永磁直驱风力发电系统基本原理的基础上,在RTDS中建立风机并网系统的仿真模型,再通过稳态时域仿真验证了建模的正确性,为后面的研究奠定基础,也为相关学者提供借鉴意义。接着用数学解析法对次同步振荡问题进行理论研究。阻抗法是近年来新兴的一种风机次同步振荡的研究方法,利用阻抗可以判别系统是否存在发生次同步振荡的不稳定频率。本文基于完整的全系统非线性方程,考虑了控制器中锁相环的动态和完整的内外环结构的作用,利用Park变换将abc三相坐标系转换到dq坐标系,在系统稳态运行点处线性化,建立了时域线性化方程,通过拉普拉斯变换转换到复频域,消去中间变量,得到端口阻抗表达式。然后针对实际中控制器参数未知的特点,线性化方法在实际中并不可行,只有通过测量的方法才能获得阻抗。本文阐述了扫频的基本原理,在RTDS仿真中测量了阻抗频率特性(Bode图),并和上一章中通过线性化推导得出的阻抗的Bode图进行对比,结果较为一致,不仅验证了扫频方法的可行性、扫频结果的准确性,而且验证了上一章中理论推导的准确性。针对传统扫频存在安全性和经济性的缺点,提出一种在控制器内部添加扰动的扫频方法,阐述了二次侧扫频的原理,重新推导了线性化方程,并对扫频结果与一次侧添加扰动的传统扫频方法进行了对比,结果表明,在控制器中添加扰动的扫频方法不仅具有安全和经济的优点,而且具有更高的测量准确度。最后将获得的阻抗利用广义Nquist判据进行稳定性分析,针对三组不同的控制器参数,利用Nyquist判据分别得到稳定、稳定裕度很小和不稳定的结论,通过RTDS的时域仿真波形可以看出,三组控制器参数分别对应稳定、临界稳定和不稳定的,从而验证了广义Nyquist判据用于dq阻抗法分析风机并网系统次同步振荡问题的可行性和准确性。

关键词：永磁直驱风机次同步振荡 RTDS建模小干扰线性化阻抗频率特性扫描

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