新能源接入的多端柔性直流输电系统次同步振荡抑制方法研究
随着大规模新能源在电力系统中的大量接入，电力系统的运行特性随之发生了相应的变化，因此，传统的输电方式不再满足大规模、远距离新能源的输送需求。而多端柔性直流输电(VoltageSourceConverterBasedMulti-terminalDirectCurrent,VSC-MTDC)系统凭借其独特的技术优势，已逐渐成为大规模新能源跨区输送的主要途径之一。然而，由于双馈风机(Doubly-FedInductionGenerator,DFIG)和柔性直流输电系统之间的相互作用，使得系统中的次同步振荡(SubsynchronousOscillation,SSO)问题日益突出，导致系统存在发生次同步振荡的风险，对系统的安全稳定运行产生了一定的影响。基于此背景，进行双馈风电场经VSC-MTDC并网系统的次同步振荡特性分析和抑制方法的研究具有极其重要的意义。 在上述背景下，进行双馈风电场经VSC-MTDC系统并网引起的次同步振荡特性分析及抑制方法研究。主要内容如下： (1)针对含双馈风电场接入的多端柔性直流输电系统，在了解风力发电技术及多端柔性直流输系统基本工作原理的基础上，建立了系统的小信号模型。其中，DFIG轴系采用双质块轴系模型，VSC-MTDC系统采用模块化建模的思想将系统划分为不同的子模块，首先建立各个子模块的动态模型，再通过联结矩阵将各个子模块的动态模型进行联结，形成VSC-MTDC系统的动态模型。 (2)针对系统中存在的次同步振荡问题，基于建立的全系统小信号模型进行了次同步振荡特性分析。通过计算各个振荡模式的参与因子，得到各个振荡模式的强相关状态变量，同时，各个振荡模式所对应的主导控制器参数可以通过对控制器参数进行特征值灵敏度分析得到。接下来，分别讨论了风电并网距离、风速及控制器参数对次同步振荡的影响，并基于时域仿真验证了理论分析的正确性。 (3)针对与风电场相连的柔直换流站控制器参数和双馈风机控制器参数对次同步振荡的影响，根据源-网独立控制的思想，分别提出了基于多通道变参数次同步振荡阻尼控制器(SubsynchronousDampingControl,SSDC)的柔直换流站侧次同步振荡抑制策略和基于自适应自抗扰比例积分(Self-adaptiveAutoDisturbanceRejectionPI,SAADR-PI)控制器的双馈风机转子侧次同步振荡抑制策略。其中，在SSDC的设计过程中，通过分析得到换流器输入功率与补偿环节时间常数之间的线性关系，根据与风电场相连的换流站输入功率的变化实现阻尼控制器参数的实时调节；在SAADR-PI控制器的设计中，通过构造非线性PI控制器，提高系统的控制性能。结果表明，当风速和并网风机数量发生变化时，在两种控制器分别作用的情况下，二者在一定程度上均可实现对次同步振荡的抑制。 (4)针对风电系统快速变化的动态过程及自适应控制在该系统的应用中所存在的不足，基于源-网协调控制的思想，进行了分数阶滑模控制(Fractional-orderSlidingModeControl,FOSMC)策略的设计。首先，判断系统是否满足反馈线性化的条件，在此基础上，根据判断的结果对系统进行反馈线性化；然后，进行分数阶滑模控制器的设计。仿真结果表明，该控制策略不仅可以实现系统中次同步振荡的快速收敛，提高系统的稳定性，而且，当系统参数发生变化时，相较于SSDC控制和SAADR-PI控制，分数阶滑模控制几乎不受系统参数变化的影响，从而提高了系统的鲁棒性。
直流输电系统;同步振荡抑制;新能源接入;双馈风电场
兰州交通大学
硕士
电力系统及其自动化
董海鹰
2021
中文
TM721.1;TM712
2021-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）