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随着分布式电源(DG)接入配电网,传统配电网演变为有源配电网,配电网中的网-源矛盾逐渐突出,网-源两方面都存在互不兼容、相互排斥的问题,阻碍了有源配电网向智能配电网的升级。因此,构建配电系统网-源兼容的策略势在必行。围绕网-源兼容面临的问题,学术界与工业界提出了诸多解决思路与方案。其中,针对故障场景,应对DG接入的有源配电网保护能力已有大幅提升,但从充分有效利用DG的角度来看,网-源间的协调控制尚有较大可供挖掘与改善的空间。而智能电网愿景的一个关键方面就是能够有效利用DG,以提高供电可靠性并增强电网弹性。可以预知,电力行业未来将采用越来越“智能”的有源配电网解决方案。本文在国家自然科学基金项目的支持下,针对兆瓦级双馈风机接入10k V馈线的技术需求背景,梳理并凝练关键共性问题,分别从风机角度和配电网角度进行二者的兼容性分析,研究各个层面机网协调的理论与方法,并提出满足共性技术需求的“系统级兼容策略”。旨在解决兆瓦级双馈风机并网后与10k V馈线保护系统之间互不兼容、相互排斥的问题,为有源配电网向智能配电网升级打下坚实基础。开展的研究工作及贡献如下:(1)对双馈风机与馈线自动化(FA)的兼容性进行了详细分析:首先对双馈风机的控制运行特性进行了透彻的分析,包括双馈风机基本物理结构、数学模型、并网的物理本质、双馈感应发电机(DFIG)在典型矢量控制策略下的内电势特性、DFIG失电后的电气量特性及稳定控制多个方面,为研究兼容FA的双馈风机控制策略提供基本认识和有益启示。其次,选择了目前最先进的智能分布式FA作为课题网侧研究对象,并对其系统构成、GOOSE通信机制以及工作原理进行了详细的分析说明。然后,基于对双馈风机控制运行特性以及对智能分布式FA系统工作原理的深刻认识,再从网-源全局动态运行的角度进行了二者的兼容性分析,指出了双馈风机与智能分布式FA兼容的一系列问题。再者,分析研究了引入智能分布式FA的合适有源配电网保护方案并指出了本文要解决的主要问题。最后,给出了本文网-源兼容研究的目标以及基本思路,并指出了可行的技术路线。(2)提出了一种基于离散报文的双馈风机-馈线自动化兼容策略:在智能分布式FA所能支持的信息条件下,基于GOOSE规范性报文,以单台双馈风机接入配置有典型智能分布式FA的“手拉手”环网为例,提出了一种兼容智能分布式FA的双馈风机协调控制策略来使双馈风机在智能分布式FA行使故障隔离到供电恢复的过程中不停机运行。实现该策略的关键包括两个方面:其一,提出了一种双馈风机孤岛主动同期控制方法(IAS)来支撑孤岛和预同期控制;其二,提出了一种基于GOOSE报文的网-源协调控制策略使双馈风机与FA智能兼容,其包含一个IAS控制双馈风机配合GOOSE通道传递同期状态的远方同期方法,与传统同期方法具有根本区别。网-源协调中,双馈风机在并网状态下工作于PQ控制模式(含风力机控制和GSC直流电压控制),在孤岛时工作于IAS控制模式,在重新并网后恢复到PQ控制模式,状态感知由GOOSE报文保证。建立了多个场景完备的详细时域仿真算例来验证所提兼容策略的有效性。(3)提出了一种双馈风机-馈线自动化无通信的兼容策略:在网-源无通信条件下,基于虚拟同步机控制技术提出了一种双馈风机自适应控制策略(ACS)和一种协调技术来与环形配电网中的智能分布式FA动作逻辑相兼容。该ACS风力机控制以及GSC控制采用现有策略,RSC控制采用虚拟同步机技术。首先,提出了一种模拟同步发电机惯性/阻尼特性和励磁方式的DFIG新型虚拟同步机控制结构(NVSG)来无缝切换并网/孤岛模式。对提出的NVSG控制/运行特性进行了深入分析,主要包括:并网/孤岛双模式运行特性、多机组网运行特性、电流内环控制特性、与同步机(SG)功角特性比较、静态/暂态稳定性、频率控制特性,并基于频率控制特性分析了网-源无通信条件下的双馈风机孤岛远方同期原理。其次,考虑了整个双馈风机机电耦合系统后,对ACS等效惯性/阻尼特性进行了详细分析并给出了一种鲁棒参数配置方法。然后,基于ACS提出了一种网-源无通信的协调技术使双馈风机孤岛安全并网。最后,建立了接入有多台双馈风机的环形配电网详细仿真算例来验证所提ACS和协调技术在多种场景中兼容智能分布式FA动作逻辑的有效性。(4)搭建了实时仿真动模实验平台并进行了实验验证:基于RTDS与OPAL-RT搭建了实时仿真动模实验平台,建立了基于UDP协议的跨平台通信信道。基于搭建的动模实验平台对所提出的基于离散报文的双馈风机-馈线自动化兼容策略进行了不同场景下的验证。本文提出的网-源兼容策略使双馈风机在智能分布式FA处理故障的场景中不仅可以不停机运行还使双馈风机经历的是一个“短时孤岛”过程,这一方面有利于解决双馈风机非计划孤岛问题,另一方面也使传统从馈线到负载的单向供电恢复机制升级为分别从双馈风机和馈线向负载的双向供电恢复机制。因此,双馈风机的潜力被进一步挖掘出来,既提高了风机利用率,又提高了配电网供电可靠性,还增强了配电网弹性。此外,本文提出的网-源兼容思想对其它类DG与网侧保护设备间的协调运行也具有一定启示意义。