基于频域阻抗模型的双馈风电场次同步振荡分析方法研究

随着我国经济的高速发展,能源需求日益增加。化石能源的有限性决定了必须增大以风能为代表的新能源在能源消费中的比例。串联电容补偿技术一定程度上缓解了我国负荷中心和能源逆向分布的问题,但也会给风电系统带来次同步振荡(SSO)的风险。目前关于风电次同步振荡问题尚没有成熟的分析方法。本文结合IEEE次同步振荡第一标准模型和我国某地区实际电网模型,建立了双馈风机(DFIG)频域阻抗模型,推导出了适用于双馈风电经串补外送次同步振荡问题的频域阻抗分析方法,分析了双馈风电经串补外送次同步振荡问题的影响因素。首先,结合IEEE第一标准模型和我国某地区实际电网,建立了双馈风电经串补外送系统各部门的数学模型;对已有的DFIG暂态建模方法作出改进,在风速模型中结合最大功率控制方法,采用最小二乘法建立了风速与风机转子转速的点对点表格;在感应电机阻抗模型的基础上,结合DFIG控制回路特点,建立了考虑网侧换流器和转子换流器在内的DFIG等效频域阻抗模型,推导出了单台DFIG等效阻抗表达式。然后,基于DFIG等效频域阻抗,推导出了适用于双馈风电经串补外送时风电次同步振荡的频域阻抗分析方法,通过分析系统等效频域阻抗的实部虚部频率特性曲线实现风电次同步振荡的定性分析;在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了模型,结合Matlab数值计算方法,进一步验证了分析方法的合理性。结果表明,本文所提出的分析方法能够准确的定性的分析双馈风电经串补外送系统是否在SSO风险并确定SSO收敛还是发散。最后,研究双馈风电经串补外送系统SSO特性的影响因素。结果表明,串补度、风速、风机并网台数以及DFIG控制回路参数均会对系统SSO特性造成影响。