【摘 要】
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风电高比例接入电网后,大幅降低的惯量和阻尼,将给系统稳定性带来风险。为获得友好并网特性,风电机组可通过引入虚拟同步控制技术来实现同步机所具有的惯量、调频、阻尼等多种运行特性,主动为电网提供动态稳定支撑。但虚拟同步控制的风电机组仍在参数设计、并网稳定性等方面存在问题:一是虚拟惯量系数与阻尼系数的配置之间存在矛盾;二是虚拟同步化的风机与相邻同步机在运行过程受到干扰后会因功率耦合而导致转速的不同频变化,
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风电高比例接入电网后,大幅降低的惯量和阻尼,将给系统稳定性带来风险。为获得友好并网特性,风电机组可通过引入虚拟同步控制技术来实现同步机所具有的惯量、调频、阻尼等多种运行特性,主动为电网提供动态稳定支撑。但虚拟同步控制的风电机组仍在参数设计、并网稳定性等方面存在问题:一是虚拟惯量系数与阻尼系数的配置之间存在矛盾;二是虚拟同步化的风机与相邻同步机在运行过程受到干扰后会因功率耦合而导致转速的不同频变化,影响系统动态稳定性。基于上述问题,本文深入分析虚拟同步风机并网系统的功率耦合关系,提出了一种基于功率耦合的双馈风机虚拟同步并网控制技术,主要工作如下:（1）搭建双馈风电机组模型,包括风力机的机械系统、发电机以及变流器控制系统的数学模型,分析双馈感应风力发电机的运行原理,为在大型电力系统仿真中分析风电机组并网稳定性,研究其改进控制策略并进行时域仿真验证建立模型基础。（2）分析虚拟同步控制基本原理,推导了虚拟同步控制有功无功参数整定的解耦性,同时将虚拟同步控制引入双馈风机,实现其在双馈风机中的应用,通过仿真分析,一方面验证虚拟同步控制在风机并网系统中的可行性,另一方面分析惯量和阻尼参数在配置时存在的矛盾关系,引出下文基于功率耦合进行参数整定的必要性。（3）建立虚拟同步化风机并网的三机系统,分析该系统存在的功率耦合关系,该耦合将导致系统受扰后,虚拟同步化风机的虚拟转速与同步发电机转速发生不同频变化,影响风机所在系统的运行稳定性。设计实验进行模态分析,验证该耦合关系的准确性。（4）提出一种基于虚拟同步化风机与同步发电机之间功率耦合的双馈风机虚拟同步并网控制技术,通过对机组间耦合关系的判断,动态调节虚拟惯量参数,使其在提供充足惯量支撑的前提下,改善系统阻尼比,保障系统运行于稳定区域,使风机兼具改善系统频率及功率振荡的并网支撑性能。基于DIg SILENT/Power Factory仿真软件对含虚拟同步化风机的三机系统模型进行时域分析,验证基于功率耦合的虚拟同步化双馈风机并网控制技术在系统惯量支撑及功率振荡抑制方面的作用。
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