【摘 要】
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我国风能和光能资源丰富,清洁能源装机规模持续增长,加快风电和光伏发电的消纳与利用是当前实现绿色可持续发展的重要途径。风力发电和光伏发电在送电过程中,光伏功率的不稳定性、并网电压的波动性以及风、光电场经串补电容并网引发的次同步振荡等问题都很大程度上限制了清洁能源的高质量利用。针对上述问题,本文主要就光伏最大功率跟踪、并网逆变器控制以及风、光并网系统次同步振荡机理和抑制措施开展研究,主要工作内容如下:
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我国风能和光能资源丰富,清洁能源装机规模持续增长,加快风电和光伏发电的消纳与利用是当前实现绿色可持续发展的重要途径。风力发电和光伏发电在送电过程中,光伏功率的不稳定性、并网电压的波动性以及风、光电场经串补电容并网引发的次同步振荡等问题都很大程度上限制了清洁能源的高质量利用。针对上述问题,本文主要就光伏最大功率跟踪、并网逆变器控制以及风、光并网系统次同步振荡机理和抑制措施开展研究,主要工作内容如下:(1)分析了风、光发电原理及其并网系统的建模方法。针对光强和负载变化引起的光伏发电功率波动较大的问题,提出一种储能配置及改进模糊算法的光伏MPPT控制策略,通过优化模糊控制规则设计光伏最大功率点跟踪模糊控制器,提高光伏功率跟踪精度。针对光储系统并网电压稳定问题提出一种光伏并网逆变器模型预测控制策略,以逆变器输出电流作为成本函数控制量,使用矢量角补偿法对预测过程进行延时补偿设计出有限集模型预测控制器,减小了光伏并网电压畸变率。(2)研究了风、光并网系统次同步振荡产生机理及抑制策略。搭建了风、光并网系统等值模型,分析了系统次同步控制相互作用(SSCI)产生的次同步振荡机理,探讨了发电侧控制参数及串补电容对系统振荡的影响规律。指出变流器PI控制环节动态特性以及系统综合等值阻抗大小对次同步振荡的影响,利用Oustaloup算法改进分数阶积分算子,重构分数阶PI电流控制环,改善电流跟踪动态特性,提出了一种基于附加虚拟电阻的风、光并网系统次同步振荡抑制措施,阐述了利用虚拟电阻抑制次同步振荡的可行性,并给出虚拟电阻控制器的参数设计方法。(3)针对传统SSCI抑制策略中参数整定复杂、系统串补变化适应性差的问题,提出一种基于改进灰狼算法的系统SSCI阻尼优化控制策略。通过引入非线性迭代权重以及学习因子对传统灰狼算法进行改进,然后利用多项式拟合原理设计出虚拟电阻可变增益自适应控制器,对次同步振荡抑制策略进行优化。最后利用MATLAB/Simulink搭建仿真验证模型,结果表明所提策略能有效抑制不同串补度下的次同步振荡,表现出较强的鲁棒稳定性。
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