【摘 要】
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风电大规模联网是实现国家能源低碳化转型的重要途径。直驱风电机组结构简单,已成为目前主流机型之一,由于其多尺度响应特性、与电网动态交互作用复杂,即使电网没有串补线路,直驱风电场也会诱发次同步振荡事件,严重时会诱发汽轮发电机组轴系扭振,威胁电力系统的安全稳定运行。现有的风电场等值建模方法不能分析机组运行工况及运行参数差异性对次同步振荡的影响,且直驱风电场与汽轮发电机组的相互作用机理尚未揭示清晰,本文围
【基金项目】
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国家自然科学基金集成项目——电力电子化电力系统多尺度非线性耦合振荡基础理论研究（U186660001）；
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风电大规模联网是实现国家能源低碳化转型的重要途径。直驱风电机组结构简单,已成为目前主流机型之一,由于其多尺度响应特性、与电网动态交互作用复杂,即使电网没有串补线路,直驱风电场也会诱发次同步振荡事件,严重时会诱发汽轮发电机组轴系扭振,威胁电力系统的安全稳定运行。现有的风电场等值建模方法不能分析机组运行工况及运行参数差异性对次同步振荡的影响,且直驱风电场与汽轮发电机组的相互作用机理尚未揭示清晰,本文围绕直驱风电场接入弱电网所引发的次同步振荡问题展开研究,主要研究内容及创新性工作包括:（1）构建计及机组运行参数及网络结构的直驱风电场聚合模型。建立直驱风电机组各部分数学模型,采用图形化分块建模方法,搭建了不同集电网络（辐射式、链式）下的直驱风电场的线性化全阶模型。在此基础上,采用K-Means分群方法按机组动态输出特性分群,经集电网络变换及机组参数聚合后,构建了直驱风电场等值模型。基于EMTDC/PSCAD中时域仿真模型,验证了聚合模型在次同步振荡场景下的有效性,为次同步振荡特性分析提供了模型基础。（2）基于特征值分析法分析了直驱风电场接入弱电网的次同步振荡特性,面向单机等值风电场模型及聚合风电场模型,计算了系统中特征值分布及参与因子,确定了次同步振荡模式中起主导作用的因素为电流内环,进而分析了风电场运行工况、联网规模、电流内环控制参数和电网强度等因素对次同步振荡特性的影响。搭建时域仿真模型,验证了特征值分析的有效性。（3）为揭示直驱风电场次同步振荡的机理,基于特征值分析采用的状态空间方程,构建了直驱风电场接入弱电网的阻抗模型,采用阻抗行列式-频率稳定性判据判断系统的稳定性,分析了不同影响因素对振荡特性的影响。（4）汽轮发电机组接入直驱风电场联网系统后,基于特征值分析法及净阻尼分析法分析了直驱风电场与汽轮发电机组的动态交互机理。当直驱风电场等值为次同步功率源时,阐明了汽轮发电机组轴系扭振模式的激发特性以及各扭振模式对外界功率振荡的敏感程度;当计及直驱风电场控制环节时,研究了风电场与汽轮发电机组间的动态交互作用,并分析了风电场运行工况、联网规模、电流内环控制参数和电网强度等因素对汽轮发电机组轴系扭振特性的影响。
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