【摘 要】
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截止2020年底,我国风电装机容量和光伏装机容量分别连续11年和6年居全球首位。然而在实际的新能源并网工程中,国内外已发生多起稳定性事件,造成重大经济损失。工程运行结果表明,新能源并网稳定性与系统工作点具有相关性。为此,本文以三相逆变器为对象,开展其变工作点条件下的并网稳定性研究,主要研究工作及创新点如下:(1)明确了逆变器并网系统中工作点的定义,并提出了其工作点的表征策略,建立了并网逆变器变工作
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截止2020年底,我国风电装机容量和光伏装机容量分别连续11年和6年居全球首位。然而在实际的新能源并网工程中,国内外已发生多起稳定性事件,造成重大经济损失。工程运行结果表明,新能源并网稳定性与系统工作点具有相关性。为此,本文以三相逆变器为对象,开展其变工作点条件下的并网稳定性研究,主要研究工作及创新点如下:(1)明确了逆变器并网系统中工作点的定义,并提出了其工作点的表征策略,建立了并网逆变器变工作点数学模型。现有的变工作点模型存在工作点定义模糊,并造成其模型在其他不同工况场景应用受到限制,难以准确表征系统在变工作点下的动态特性。本文从描述系统动态特性的状态空间模型出发,根据输入变量、状态变量和输出变量三者关系明确了系统中工作点的定义,并提出了工作点的表征策略。其次,根据表征策略获取了并网逆变器的工作点,进而建立了逆变器并网系统的变工作点端口数学模型,建立的模型准确表征了系统在变工作点下的动态特性。(2)提出了耦合特征量的并网逆变器变工作点阻抗测量方法。目前的变工作点阻抗测量方法忽略了同步相位角、频率耦合和电网阻抗的影响,进而造成测量结果出现偏差。本文通过分析变工点端口模型和变工作点导纳模型之间的关系,并同时考虑频率耦合和工作点变量因素,提出了耦合特征量的阻抗测量方法。通过三组测量数据和三个方程组,求解定义的三个耦合特征量,利用耦合特征量来表征并网逆变器变工作点的导纳。所提测量方法避免了同步相位角对测量的影响,同时测量中考虑了电网阻抗和频率耦合的影响,测量结果更精确。(3)提出了一种基于幅值等高线的变工作点稳定性分析方法。现有的变工作点稳定性分析方法,在一维工作区间内的分析结果不能给出稳定裕度信息,难以指导控制器设计;而在二维工作平面内的分析结果存在盲区,不能得到工作平面内所有工作点的稳定性信息。本文利用三维波特幅值等高线与相位、工作点的关系,提出了一种变工作点的稳定性分析方法,实现了在一维工作区间内的分析结果包含稳定裕度信息。而在二维工作平面内,利用稳定边界曲线,实现了二维工作平面内所有工作点的稳定性分析。(4)提出了一种相位前馈稳定性控制策略。目前并网逆变器稳定性控制策略主要关注于单个工作点或多个工作点下的稳定性提升,且忽略了采用稳定性控制策略后系统的动静态特性。本文通过分析工作点引入路径,提出了相位前馈控制策略。提出的策略减小了电流和占空比中Park变换的相位扰动,削弱了工作点引入路径的前向增益,且在不影响电流的稳态输出下,提升了系统在所有工作点下的稳定运行能力。
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