【摘 要】
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当直驱风电场(DDWF)通过弱电网系统并网时,极有可能发生次同步振荡(SSO)。对大规模DDWF并入弱电网系统进行时域仿真前,需要对系统进行降阶。但是,应用现有的系统降阶方法所得的降阶系统不能复现全阶系统的SSO特性。此外,现有的针对DDWF并入弱电网系统的SSO抑制策略普遍存在参数整定工作困难的问题。针对上述问题,本文在DDWF并入弱电网系统SSO降阶与SSO抑制方面开展了如下研究:给出了DDW
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当直驱风电场(DDWF)通过弱电网系统并网时,极有可能发生次同步振荡(SSO)。对大规模DDWF并入弱电网系统进行时域仿真前,需要对系统进行降阶。但是,应用现有的系统降阶方法所得的降阶系统不能复现全阶系统的SSO特性。此外,现有的针对DDWF并入弱电网系统的SSO抑制策略普遍存在参数整定工作困难的问题。针对上述问题,本文在DDWF并入弱电网系统SSO降阶与SSO抑制方面开展了如下研究:给出了DDWF并入弱电网系统的动态数学模型,模型包括风力机、轴系、直驱永磁同步发电机、交-直-交变流器、直流电容、滤波电感、锁相环等DDWF部分和弱交流系统部分。在动态数学模型的基础上,推导得到了DDWF并入弱电网系统的线性化模型。针对现有系统降阶方法难以保证降阶系统能够详细复现全阶系统SSO特性的问题,提出了一种基于主导度分析的DDWF奇异摄动降阶方法。该方法以DDWF系统SSO模式保留为导向,以复现全阶系统动态特性和SSO特性为最终目标,实现DDWF系统的降阶。在兼顾系统特征值和系统能控能观性的前提下,通过对各振荡模式进行主导度分析和参与因子分析,完成了DDWF系统的多时间尺度划分,并建立了10阶DDWF奇异摄动降阶系统。基于实际的DDWF并入弱电网系统时域仿真模型,验证了所提降阶方法的有效性。针对DDWF并入弱电网系统SSO问题,提出了一种基于网侧变流器(GSC)电流内环滑模控制(SMC)的直驱风电场SSO抑制策略。当DDWF并入弱电网系统中发生SSO时,在GSC电流内环PI控制器的作用下,系统中将形成由交流系统、GSC及其控制系统构成的次同步电流助增正反馈回路,并使次同步电流不断衍生,最终导致系统SSO失稳。为了切断系统的次同步电流助增正反馈回路,设计了基于指数趋近律的SMC控制器,并以SMC控制器替换原GSC电流内环中的PI控制器。通过理论推导证明了GSC电流内环SMC控制器能够有效抑制系统SSO。最后,搭建了DDWF并入弱电网系统仿真模型,验证了所提SSO抑制策略的有效性。
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