【摘 要】
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为了实现“3060”双碳目标,我国正大力发展以氢能、太阳能和风能等为主的新型能源系统,双馈风力发电机在风电场的建设中得到了广泛的应用。由于双馈风机中含有背靠背电力电子的变流装置,工作过程产生低频和高频谐波电流,为抑制谐波电流对电网的影响,在网侧变流器一端设置了LCL入口滤波器。在实际运行中入口滤波器出现故障或不稳定运行的问题,对风力发电系统的安全稳定运行带来了挑战。现有文献大多将双馈风机的谐波模型
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为了实现“3060”双碳目标,我国正大力发展以氢能、太阳能和风能等为主的新型能源系统,双馈风力发电机在风电场的建设中得到了广泛的应用。由于双馈风机中含有背靠背电力电子的变流装置,工作过程产生低频和高频谐波电流,为抑制谐波电流对电网的影响,在网侧变流器一端设置了LCL入口滤波器。在实际运行中入口滤波器出现故障或不稳定运行的问题,对风力发电系统的安全稳定运行带来了挑战。现有文献大多将双馈风机的谐波模型简化,且未充分对并网双馈风机系统内的谐波传递特性进行全面分析。针对于此问题,本文结合风机系统的控制模型,对背景谐波及变流器产生的谐波发射特性与传递特性进行了推导。并结合工程实例,建立了一个较为精确的双馈风机模型,同时通过改善传递函数中的相关参数对谐波的谐振问题进行优化。本文首先对双馈风机的工作原理、等效电路与阻抗模型进行了介绍与研究,对理想状态下的SVPWM变流器的谐波发射特性的数学模型进行了理论推导。其次,对于双馈风机系统的谐波发射特性和传递特性进行了测试分析,结合数学模型并考虑了该双馈风机系统的阻抗模型,对背景谐波源、GSC侧谐波源与RSC侧谐波源的发射和传递特性分别进行了仿真分析与验证。然后,根据测试与仿真的结果,对案例中GSC侧入口滤波电容器发热的问题进行了分析。由于入口滤波器设计的不合理,导致GSC侧和RSC侧发出的高次谐波电流谐振放大,进而造成入口滤波器中电容器的异常发热。在此基础上,研究了双馈风机系统内谐波电流的抑制策略分析,通过改变GSC侧与RSC侧的比例积分控制参数、滤波电容器的大小、滤波器电容阻尼等参数对于谐波抑制的影响进行了理论推导,并结合仿真模型进行了验证。最后根据双馈风机的谐波发射与传递特性以及滤波器的设计准则,对于双馈风机系统重新进行LCL滤波器的设计,利用仿真模型验证了所设计的滤波器的有效性与可行性。本文对于双馈风机系统的谐波发射特性和传递特性提供了测试方案,并从变流器控制及入口滤波器的设计方面开展了相关研究,研究结果对双馈风机变流器控制策略的改善、入口滤波器的科学设计具有重要意义。
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