【摘 要】
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为应对能源危机和传统发电行业对环境造成的污染等主要问题,我国正在尽全力开发可再生能源发电技术。同时,我国丰富的风光资源都位于远离负荷中心的“三北”地区,新能源发电基地大多运行于弱电网条件下。不同于传统电力系统,新能源发电基地接入电网过程中应用了很多的电力电子装备。其中并网变换器作为主要的并网接口,被广泛使用在风力发电和光伏发电的并网,其稳定运行十分重要。新能源发电基地实际运行中需要多个并网变换器并联运行,同时需要同步发电机、无功补偿装置等配套设备。弱电网条件下,系统中各部分之间耦合,从而不断出现稳定性问题
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为应对能源危机和传统发电行业对环境造成的污染等主要问题,我国正在尽全力开发可再生能源发电技术。同时,我国丰富的风光资源都位于远离负荷中心的“三北”地区,新能源发电基地大多运行于弱电网条件下。不同于传统电力系统,新能源发电基地接入电网过程中应用了很多的电力电子装备。其中并网变换器作为主要的并网接口,被广泛使用在风力发电和光伏发电的并网,其稳定运行十分重要。新能源发电基地实际运行中需要多个并网变换器并联运行,同时需要同步发电机、无功补偿装置等配套设备。弱电网条件下,系统中各部分之间耦合,从而不断出现稳定性问题。静态稳定性研究可以确定新能源发电基地可以传输的功率极限,可以为系统规划和运行提供理论支撑。本文重点研究了单台和两台电压源型并网变换器的静态稳定性和并网变换器并联其他设备运行时的静态稳定性问题,具体内容分为以下几个方面:
(1)建立了并网变换器在直流电压时间尺度下的数学模型。针对并网变换器在输出电流闭环控制下的交流侧输出有功功率特性,将并网变换器看作电流源,建立了并网变换器单机无穷大系统的基频等效电路,并得出输出有功功率特性。结合并网变换器直流电压时间尺度下的数学模型和交流侧输出有功功率特性,提出了并网变换器静态稳定判据。
(2)针对更为复杂的双并网变换器无穷大系统,在单机无穷大系统建立状态空间方程并特征值分析的基础上,分析了该系统静态稳定性。将运行于单位功率因数的并网变换器等效为负电阻,建立了双并网变换器无穷大系统基频等效电路,得出输出有功功率特性。基于输出有功功率特性,建立了一个线性化后的双并网变换器并联接入无穷大系统的状态发展空间方程,由特征值分析法得出了该系统静态稳定判据和静态稳定工作区域。
(3)针对并网变换器和同步发电机并联接入无穷大电网的场景,在得出同步发电机和并网变换器的状态空间方程的基础上,运用特征根分析法,研究了该场景下的静态稳定性问题。同时,深入探究了该场景下各种装备参数和线路因素对静态稳定性的影响。
(4)在并网变换器单机无穷大系统的基础上考虑SVG的补偿之后,研究了并网变换器和SVG并联运行时的静态稳定性问题。在推导出该场景下并网变换器的输出有功功率特性后,结合直流电压时间尺度下的数学模型,得出了其静态稳定性。
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