DFIG并网次同步控制相互作用的机理分析与抑制策略研究

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次同步控制相互作用是双馈风电机组经固定串联补偿电容并网而引发的一种新型次同步振荡故障,使得电力系统的安全稳定运行受到了严重威胁。由于双馈风电机组中存在着大量非线性电力电子元件,控制系统参数复杂,因此针对双馈风电机组出现次同步控制相互作用的机理分析以及抑制策略研究面临一定的困难。目前,对于次同步控制相互作用的机理分析主要是对双馈风电机组转子侧控制器参数影响的研究,对于网侧控制器参数影响以及转子侧和网侧控制器参数之间的相互作用机理尚未深入研究,并且已有的抑制措施侧重于直接或者间接通过改变控制器参数来达到抑制效果。从而本文针对次同步控制相互作用的机理分析及其抑制措施进行了如下研究:首先,给出了双馈风电机组并网系统数学模型,从电路性质和控制器传递函数角度,推导了完善的仅考虑转子侧变流器控制参数的DFIG阻抗解析表达式以及同时考虑转子侧和网侧变流器控制器参数的DFIG系统阻抗解析表达式,进而得到了系统发生次同步控制相互作用的条件。通过PSCAD/EMTDC仿真平台,在不含固定串联补偿电容工况下,基于动态频率扫描法揭示了控制参数对系统阻抗的影响机理和作用途径;在含固定串联补偿电容工况下,通过时域仿真对比控制参数对系统阻抗的影响大小,验证了分析机理过程的有效性和正确性。其次,针对双馈风电机组次同步控制相互作用问题,提出了利用H桥级联型静止同步串联补偿器(Static Synchronous Series Compensator,SSSC)(H-SSSC)装置来抑制次同步控制相互作用。给出了H-SSSC拓扑结构,分析了SSSC的运行模式,结合SSSC基本原理,提出了适用于抑制次同步控制相互作用的H-SSSC控制策略,仿真结果验证了H-SSSC装置能够抑制次同步控制相互作用现象带来的系统振荡和减小了输出功率振荡幅度。最后,针对H-SSSC装置接入电网会给电网带来冲击扰动,提出了在H-SSSC装置附加一种基于改进鲸鱼算法的阻尼控制器,阻尼控制器的输入信号采用HSSSC装置两端的功率差,同时改进鲸鱼算法以接入H-SSSC两端的功率差值最小为目标函数,将算法优化后的控制器参数输入控制器。仿真验证了附加阻尼控制器对H-SSSC装置接入系统后造成的冲击扰动抑制效果明显;优化后的附加阻尼控制器对各种短路工况下的动态响应好,提高了系统的稳定性。
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