含双馈机组风电场次同步振荡分析与抑制

【摘要】：随着我国风电的迅猛发展，大型风电场相继建成并投入运行。由于大量的风电场远离负荷中心，串联补偿作为提高交流输电线路输送能力、控制并行线路之间的功率分配和增强电力系统暂态稳定性的一种十分经济的输电技术，值得研究与推广使用。本文针对含双馈机组的风电场通过串联补偿送电所产生的次同步振荡问题，进行深入研究，主要内容包括： ①建立适宜于次同步振荡问题研究的数学模型，包括空气动力学系统、转子轴系、桨距角控制系统、感应发电机、转子变流器d-q解耦控制系统与串联补偿电容等，并讨论了机网接口的坐标变换。 ②对一个含串联补偿的双馈机组风电系统进行小扰动分析，推导全系统闭环模型，通过求解状态方程系数矩阵的特征值和参与因子，得出影响该系统次同步振荡的主要因素有串联补偿度和风轮机转速等，转子侧变换器的内环电流控制对振荡模态影响相对较小，其他因素的影响可以忽略。随着风速的上升，系统阻尼上升。系统串联补偿度的增加会导致次同步振荡频率下降，同时阻尼减弱，在较高的串补度下有振荡失稳的风险。 ③通过复转矩系数法对所研究系统进行分析，结合时域仿真实现的复转矩系数法——测试信号法分析电气阻尼曲线，结果证明串联补偿的加入改变了系统电气阻尼特性。控制器参数的合理设置可以一定程度减小次同步振荡的风险，但难以完全消除振荡的隐患。而随着串联补偿度和机组轴系刚度的加大，当其扭振频率与电气系统频率互补时，类似传统同步机组，扰动后也会出现机轴扭振现象。 ④针对双馈感应风力发电机转子侧变换器采用了d-q解耦控制，其q轴对应于转子有功功率的控制的特点。在功率外环上附加阻尼控制环，采用转子侧注入次同步电流以激发次同步电磁转矩，阻尼振荡的发生。通过相位补偿的方法，使振荡频率处电气阻尼为正值。由于转子侧电流与机械系统有着紧密的电磁耦合，转子侧注入的信号对次同步模态反应敏感，同时引入带通滤波器，隔绝其他频率信号对振荡抑制信号的影响，避免了引入其他振荡频率负阻尼的风险。基于PSCAD/EMTDC的时域仿真结果显示，采用该附加次同步振荡阻尼控制器设计方案，在不同工况下都能有效抑制串补引发的风电场次同步振荡问题。 【关键词】：风电场 双馈感应电机 串联补偿 次同步振荡 阻尼特性 次同步阻尼控制器
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614;TM712
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题背景及研究意义8
• 1.2 国内外现状综述8-15
• 1.2.1 次同步振荡分析方法10-11
• 1.2.2 风电场次同步振荡问题的分析11-12
• 1.2.3 次同步振荡的抑制策略12-15
• 1.2.4 风电场次同步振荡的抑制15
• 1.3 论文的主要工作15-17
• 2 双馈风力发电系统模型17-30
• 2.1 引言17-18
• 2.2 空气动力学模型18-19
• 2.3 转子轴系19-21
• 2.4 桨距角控制系统21
• 2.5 感应发电机模型21-24
• 2.6 转子变换器控制系统24-29
• 2.6.1 转子侧变换器24-27
• 2.6.2 网侧变换器27-29
• 2.7 串联补偿电容数学模型29
• 2.8 本章小结29-30
• 3 双馈机组风电场次同步振荡小干扰稳定分析30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 特征值分析法基础理论30-34
• 3.2.1 线性化方程30-32
• 3.2.2 特征值与参与因子32-34
• 3.3 状态方程的形成34-37
• 3.3.1 模型公式修改34-36
• 3.3.2 全系统闭环模型36
• 3.3.3 待研究系统参数36-37
• 3.4 次同步振荡特征值计算结果分析37-41
• 3.5 本章小结41-43
• 4 含双馈机组转子侧附加控制的风电场次同步振荡抑制43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 系统模型建立43-44
• 4.3 SSO 电气阻尼特性计算44-49
• 4.3.1 复转矩系数分析44-46
• 4.3.2 电气阻尼系数计算方法46-48
• 4.3.3 电气阻尼特性计算48-49
• 4.4 SSO 阻尼控制器设计49-51
• 4.4.1 SSDC 设计方案49-50
• 4.4.2 SSDC 参数整定方法50-51
• 4.5 时域仿真51-55
• 4.6 本章小结55-56
• 5 结论与展望56-58
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-63
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文63

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