永磁直驱风电系统并网频率动态响应与谐波抑制技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huohuonan
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风电作为可再生能源发电的主要形式之一,其装机容量在电网中所占比例不断提高,风电的高渗透率成为未来电网的必然趋势。在风电技术的研究和应用过程中,解决传统风电系统并网后的动态响应与谐波抑制能力差等难题成为关注的热点。本文围绕着永磁直驱风电系统友好并网能力的提升,开展参与并网点动态响应和谐波抑制等风电接入电网稳定性核心问题及其关键技术开展研究,力求在理论层面揭示核心问题存在的机理,寻求解决问题的途径和措施,为工程应用奠定基础。首先,针对永磁直驱风电系统的架构、暂态功率流及数学模型开展研究。通过系统的架构分析直流侧超级电容储能参与动态响应的暂态功率流,明确该储能提供动态功率的作用机理,为虚拟惯性阻尼方法研究奠定基础。结合虚拟电流源、虚拟电压源发电运行模式建立系统的动态数学模型,实现两种模式下风电系统的运行和仿真。提出基于LCL型滤波网络的系统序阻抗模型,并将其应用于动态模型参数整定中,保证由该模型进行阻抗分析的精度。其次,为了解决风电系统弱动态响应能力的问题,对电网状态参数检测和虚拟惯性与阻尼控制策略进行研究。分析复杂电网对延迟抵消增强型锁相环(DSC-EPLL)的幅值、频率检测结果的影响,提出基于延迟抵消平均滑动滤波器的增强型锁相环(DSC-MAF-EPLL),实现对复杂电网下频率等状态参数的精确检测。提出基于超级电容储能的虚拟惯性与阻尼控制,实现对系统参与电网动态响应能力的提升,有效抑制电网频率波动,为谐波抑制奠定基础。再次,为了解决系统电流源模式下输出谐波抑制问题,对系统并网接口谐振阻尼和低频谐波抑制方法进行研究。分析弱电网对电容电流反馈有源阻尼方法的影响,提出在弱电网下具有更优稳定性的宽正阻尼区间多状态反馈有源阻尼方法,实现弱电网下对端口网络谐振的有效抑制。分析电流源模式下准比例谐振控制的系统输出阻抗,提出比例奇次多谐振重复控制谐波阻抗补偿方法,实现谐波电网下对低频电流谐波的快速有效抑制。最后,为了解决系统电压源模式下输出低频谐波抑制问题,对系统并网接口在本地强非线性负载下的谐波抑制方法进行研究。分析比例奇次多谐振重复控制的局限性,提出特定次谐波增益补偿方法,实现对5、7次谐波的有效抑制。分析低采样频率对相位补偿器的影响,提出简洁分数阶相位补偿方法,实现对低采样频率下谐波的有效抑制。围绕所提出的方法和关键技术,通过仿真实验和物理模拟实验进行分析对比验证,证明所提方法和理论分析的正确性。
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