关键词：
新能源发电
阻抗建模
阻抗测量方法
阻抗测量装备
宽频带振荡机理
振荡抑制方法
摘要：
能源是人类社会赖以生存与发展的重要物质基础,攸关国计民生和国家战略竞争力。实现能源生产向新能源转型,是中国乃至全球能源与经济实现可持续发展的重大需求。但随着新能源并网发电规模的不断扩大,传统火电机组被大量替代,电网的形态与运行特性发生了显著变化,电力系统的电力电子化特征凸显,导致新能源发电装备接入弱电网时宽频带振荡问题频发,甚至迫使新能源发电装备大面积脱网和火电机组轴系扭振切机,严重威胁电网的安全稳定运行、影响新能源的并网消纳。因此,开展新能源发电接入弱电网的宽频带振荡机理及抑制方法的相关研究工作刻不容缓。本文在国家重点研发计划项目“可再生能源发电基地直流外送系统的稳定控制技术”、国家自然科学基金青年科学基金项目“直流微电网宽频域母线电压波动问题及其抑制对策研究”等资助下,在新能源发电装备的序阻抗建模、新能源发电装备的阻抗测量技术研究与装备研制、新能源发电接入弱电网的宽频带振荡机理分析和新能源发电装备的宽频带振荡抑制等方面开展了研究,解决了新能源发电接入弱电网的宽频带振荡机理分析及抑制等关键技术难题,保证了高渗透率新能源并网安全稳定运行,为实现新能源大规模并网消纳提供理论依据和实践指导。主要技术创新点如下:1、综合考虑锁相环、电流环和延时等环节的影响,建立了永磁直驱风力/光伏发电装备、双馈异步风力发电装备和含储能虚拟同步发电机在静止自然坐标系下的正、负序宽频带阻抗模型,对比分析了不同类型新能源发电装备的宽频带阻抗特性。永磁直驱风力/光伏发电装备的序阻抗在中频段呈容性,且阻抗幅值较大;双馈异步风力发电装备的序阻抗在较低频段呈感性;电压控制型虚拟同步发电机的序阻抗基本呈感性且阻抗幅值较小;电流控制型虚拟同步发电机的序阻抗在中高频段显负阻性且阻抗幅值非常小。阻抗扫描仿真结果验证了所建阻抗模型的正确性,该阻抗模型为揭示新能源发电接入弱电网的宽频带振荡机理和提出振荡抑制方法提供了基础。2、针对所建新能源发电装备宽频带阻抗模型的准确性难以确定的问题,提出了高/低压宽频带阻抗测量装备的系统方案,包括阻抗测量方法、扰动注入装置的拓扑结构、宽频带线性输出控制方法、投切控制方法和故障保护方法。研制了380V/100kVA低压宽频带阻抗测量装备,测量频率范围可达1Hz2kHz,详细介绍了380V/100kVA阻抗测量装备的软硬件设计。通过所研制的宽频带阻抗测量装备对新能源发电装备的阻抗特性进行阻抗在线测量,验证所建新能源发电装备阻抗模型的准确性。3、基于所建阻抗模型分析了光伏发电装备、含储能虚拟同步发电机接入感性弱电网的失稳机理。光伏发电装备的输出阻抗可呈容性,易与感性弱电网发生交互振荡;电压控制型虚拟同步发电机的输出阻抗基本呈感性,可稳定接入到感性弱电网;电流控制型虚拟同步发电机的序阻抗在整个中高频段都含有较大的负电阻分量,导致电流控制型虚拟同步发电机的并网稳定性较差。探明了影响系统稳定域的主导因素:电网变弱、新能源发电装备并网台数增多和锁相环带宽增大都会导致光伏并网发电系统稳定性变差。仿真与实验结果都证明了宽频带振荡机理分析的正确性。4、提出了一种弱电网下考虑锁相环和电流环交互影响的新能源并网变换器控制参数优化设计方法。该参数优化设计方法先根据零极点对消方法设计电流环控制器参数;然后综合考虑有功功率、电网强度、电流环与锁相环的交互影响设计锁相环参数,仅通过改变并网变换器的控制参数就能够保证并网变换器稳定运行在弱电网或极弱电网条件下。提出了一种电压前馈振荡抑制方法,通过引入额外的电压前馈分量抵消了电网阻抗通过锁相环对系统稳定性的不利影响,可有效解决新能源发电接入弱电网的宽频带振荡问题。实验结果证明了所提参数优化设计方法和电压前馈控制振荡抑制方法抑制振荡的有效性。
CNKI期刊
详细信息
万方期刊
详细信息
维普期刊数据库
详细信息
