【摘 要】
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近年来,新能源和可再生能源在国家政策号召下迅速发展,风力发电作为其中之一,拥有较为突出的优点,具有广阔的发展前景。直流配电系统作为消纳新能源发电的一种有效形式,有利于风力发电汇集送出。但直流配电系统的低惯性和弱阻尼特性影响系统稳定运行,尤其风电汇集接入柔性直流配电系统后,将会给系统的稳定性带来新的挑战。本文对直驱风电系统接入柔性直流配电系统的稳定性进行了研究,对全系统建立了小扰动稳定模型,分析了系
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近年来,新能源和可再生能源在国家政策号召下迅速发展,风力发电作为其中之一,拥有较为突出的优点,具有广阔的发展前景。直流配电系统作为消纳新能源发电的一种有效形式,有利于风力发电汇集送出。但直流配电系统的低惯性和弱阻尼特性影响系统稳定运行,尤其风电汇集接入柔性直流配电系统后,将会给系统的稳定性带来新的挑战。本文对直驱风电系统接入柔性直流配电系统的稳定性进行了研究,对全系统建立了小扰动稳定模型,分析了系统关键设备间的振荡,根据系统表现出的低惯性弱阻尼现象,设计了基于虚拟同步电机控制技术的控制器,以增强系统的阻尼能力和惯性支撑,从而提升系统的稳定性。完成的主要内容如下:(1)完成了直驱风力发电系统的建模,搭建了包括发电机轴系模型、同步发电机模型以及励磁控制系统等部分的直驱风力发电系统仿真模型。建立了风电汇集接入的两端直流配电系统仿真模型,两端互联换流器分别采用恒功率控制策略和定直流电压控制策略,DC/DC变换器采用恒压控制策略。(2)采用特征分析和模态法对稳定性进行分析,揭示了系统关键设备间的振荡关系。建立了全系统的小扰动稳定数学模型,通过求解状态矩阵,对模态中参与因子的组成进行分析,利用主导特征根对应模态中的参与因子表征系统关键设备间的相互作用。通过改变系统关键设备的控制参数,分析系统稳定性的变化,并根据系统主导特征根中参与因子的组成和大小,分析了系统各关键设备间的振荡情况。最终,得出系统关键设备间存在相互作用。(3)为了提升系统的阻尼能力和惯性支撑,类比传统虚拟同步电机技术,设计了直流虚拟同步电机控制器,并将直流虚拟同步电机技术应用到风力发电系统中。采用电压下垂控制和电容的储能特性,来模拟同步电机的外特性以提升系统的稳定性。并利用主导特征根分析了控制器参数对系统稳定性的影响。最后,通过时域仿真验证了控制策略的有效性,仿真结果表明在系统发生扰动时,控制器可以提升系统阻尼改善系统稳定性,为系统直流母线电压提供惯性支撑。
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