【摘 要】
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随着新能源系统规模的扩大,电力电子设备得到广泛应用,这使得新能源电网稳定性问题日益凸显。其中风电系统的次同步振荡问题尤为突出。现有针对风电系统的分析与控制的研究,主要可分为小扰动下的研究以及大扰动下的研究。其中小扰动下的研究,大多采用基于小信号模型的分析方法,主要针对负阻尼振荡及光滑的强迫振动,该部分研究目前已初步形成相应的理论体系。而大扰动下,针对切换环节导致振荡的机理和控制方法的研究仍相对较少
【基金项目】
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国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项(2017YFB0902004);
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随着新能源系统规模的扩大,电力电子设备得到广泛应用,这使得新能源电网稳定性问题日益凸显。其中风电系统的次同步振荡问题尤为突出。现有针对风电系统的分析与控制的研究,主要可分为小扰动下的研究以及大扰动下的研究。其中小扰动下的研究,大多采用基于小信号模型的分析方法,主要针对负阻尼振荡及光滑的强迫振动,该部分研究目前已初步形成相应的理论体系。而大扰动下,针对切换环节导致振荡的机理和控制方法的研究仍相对较少,且研究对象主要集中于简化VSC系统。有鉴于此,本文以含SVG的双馈风电系统为研究对象,分析大扰动下,切换环节对系统稳定性的影响并设计相应的优化控制方法,主要工作如下:(1)发现了大扰动后,含SVG的正阻尼双馈系统中,SVG限幅饱和参与的切换型次同步振荡现象,并分析了其随参数变化的非光滑分岔特性。首先介绍了切换型振荡和非光滑分岔,以及含SVG的双馈系统及其限幅环节;其次分析了含有SVG的双馈系统的切换型次同步振荡现象,并说明其是由限幅饱和引起的切换型振荡;然后分析了 SVG不同控制参数对切换型次同步振荡的影响,确定与系统振荡相关的主要因素,给出了切换型振荡对SVG控制参数的非光滑分岔特性;最后分析了系统外部短路容量和故障严重程度对切换型振荡的影响,揭示了外部参数的非光滑分岔特性。(2)结合描述函数,从频域角度揭示了含SVG的双馈系统中,限幅参与的切换型振荡的机理。首先,结合描述函数,推导了含限幅的简化双馈风电系统的阻抗模型;其次,结合考虑限幅的阻抗模型,揭示了限幅参与的次同步振荡的机理:即SVG限幅饱和时,双馈风电系统阻抗由原来的正电阻特性变为负电阻特性,从而引发了次同步振荡。最后,分析了保留/去除限幅时,不同限幅值和其他控制参数对限幅参与的次同步振荡特征以及系统阻抗特性的影响。(3)结合反馈线性化理论,分别设计了转子侧换流器(RSC)和SVG的的双馈系统反馈线性化控制方法,可用于含SVG的的双馈系统次同步振荡抑制。首先,推导了含SVG的双馈系统23阶时域模型;其次,结合反馈线性化原理,设计了相应的优化控制方法;再次,对比了大扰动下,系统RSC内环采用PI控制和反馈线性化控制时的稳定性,结果表明,反馈线性化控制能有效增大平衡点的吸引域,提升系统稳定性;最后,考虑了系统中SVG的作用,分析了小扰动下,不同参数变化时,不同控制策略对系统稳定性的影响。
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