风电场并网系统次同步振荡机理及抑制策略研究

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次同步振荡是电力系统中一种不正常的运行状态,通常发生在具有串联补偿电容的输电线路和同步发电机之间。当电力系统发生次同步振荡时,由于发电机和电力系统之间存在交流交换功率,因此会在发电机轴系中产生次同步转矩,并使电力系统中产生次同步分量,影响电能质量。随着能源和环境危机不断加剧,风电的大规模开发利用受到世界各国的广泛关注。近年来,国内多次发生由于风电场并网运行引发的次同步振荡现象。因此,关于风电场并网系统的次同步振荡的机理分析和抑制研究具有重要意义。本文首先建立了双馈风机的电气模型、背靠背换流器直流母线模型、控制系统模型和串补电容线路模型,并分析了风机转子侧变流器和网侧变流器的dq解耦控制策略。其次,将影响风机运行状态的因素分为自然参数和运行参数两大类并分别进行研究。通过阻抗频率扫描法和特征结构分析法研究两类参数对风电场次同步振荡的影响,并将控制参数由信号分析转化为电气量分析。再次,通过分析运行参数变化对风电场并网系统次同步振荡的影响(例如转子侧换流器电流内环比例系数和积分系数),得出运行参数与次同步振荡之间的关系,并以此为基础构建寻找风电场次同步振荡抑制控制参数的目标函数。然后,基于粒子群算法提出了剥离再生粒子群算法,针对粒子群算法在计算前期局部搜索能力较差的特性提出了自割剥离过程;针对粒子群算法计算末期全局搜索能力较差的特性提出了组织再生过程。并通过测试函数验证了算法改进的有效性。最后,利用剥离再生粒子算法计算风电场次同步振荡抑制控制参数目标函数,得到一组最优控制参数,并进行对比验证。通过对比控制参数优化前和控制参数优化后的时域仿真,验证优化控制参数可以对风电场的次同步振荡形成有效抑制;通过对比原始PSO算法、线性权重PSO算法和ARPSO算法优化控制参数后的时域仿真,验证了相对于ARPSO算法改进的有效性、计算的精确性和在参数选择上的优越性。
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