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随着可再生能源使用比例逐年升高,新能源发电装备在电网中的应用比例也越来越高。大多数新能源发电装备通过并网逆变器接入电网,新能源并网逆变器的大量接入降低了电网的惯性与阻尼,导致新能源发电装备与电网之间产生宽频带振荡等稳定性问题,不利于新能源大规模消纳。频域阻抗分析法是研究新能源并网系统失稳机理的重要途径,可以解决现有的新能源发电装备存在的“黑箱”或“灰箱”化问题,直接获取装备的阻抗特性数据。因此,研发高压宽频带阻抗测量技术及装备,通过阻抗在线测量方法获取装备的阻抗输出特性,能为解决新能源并网稳定性问题奠定了精细化模型基础。现阶段国内外对阻抗测量装备的研制主要集中于低压或者中压等级,高压宽频带阻抗测量装备的研制在国内外处于空白,对此,本文研发了35kV/1MVA宽频带阻抗特性测量技术与装备,其测量频率范围为1Hz-2000Hz,主要研究内容及创新点如下:
1.以新能源发电装备为研究对象,在极坐标下建立考虑锁相环、升压变压器、延时等影响的并网逆变器导纳模型,深入研究锁相环、电流环、延时等对并网逆变器输出导纳特性的影响。利用广义奈奎斯特稳定判据分析了锁相环、电流环、升压变压器以及电网强度对新能源并网系统稳定性的影响。
2.针对现有的阻抗测量装备在高压、兆瓦级场景下的应用难题,提出了一种35kV/1MVA高压阻抗测量装备的整体拓扑结构设计及其控制方法。扰动注入单元的输入采用多绕组移相变压器,提高了装备的可靠性,扰动注入单元的功率子模块采用前级三相PWM整流后级单相H桥级联的拓扑结构,满足阻抗测量装备输出宽频带扰动电压的要求,三相PWM整流器采用基于前馈解耦的电流控制方法,保证了直流侧电压的稳定以及系统良好的动态响应性能。在Matlab仿真平台上搭建了高压阻抗测量装备的仿真模型,通过仿真验证了极坐标下的导纳建模方法以及阻抗测量装备设计方案的正确性与有效性。
3.根据35kV/1MVA高压阻抗测量装备的整体设计方案,详细分析了装备的主电路硬件参数、控制系统硬件电路与软件程序的设计方法,基于LabVIEW软件设计了极坐标下的导纳测量程序。搭建了10kV/500kVA高压阻抗测量实验平台并对装备进行可行性验证,在实验平台的基础上对无源负载的导纳模型进行在线测量,通过实验验证了极坐标下的导纳建模方法以及装备设计方案的有效性。
1.以新能源发电装备为研究对象,在极坐标下建立考虑锁相环、升压变压器、延时等影响的并网逆变器导纳模型,深入研究锁相环、电流环、延时等对并网逆变器输出导纳特性的影响。利用广义奈奎斯特稳定判据分析了锁相环、电流环、升压变压器以及电网强度对新能源并网系统稳定性的影响。
2.针对现有的阻抗测量装备在高压、兆瓦级场景下的应用难题,提出了一种35kV/1MVA高压阻抗测量装备的整体拓扑结构设计及其控制方法。扰动注入单元的输入采用多绕组移相变压器,提高了装备的可靠性,扰动注入单元的功率子模块采用前级三相PWM整流后级单相H桥级联的拓扑结构,满足阻抗测量装备输出宽频带扰动电压的要求,三相PWM整流器采用基于前馈解耦的电流控制方法,保证了直流侧电压的稳定以及系统良好的动态响应性能。在Matlab仿真平台上搭建了高压阻抗测量装备的仿真模型,通过仿真验证了极坐标下的导纳建模方法以及阻抗测量装备设计方案的正确性与有效性。
3.根据35kV/1MVA高压阻抗测量装备的整体设计方案,详细分析了装备的主电路硬件参数、控制系统硬件电路与软件程序的设计方法,基于LabVIEW软件设计了极坐标下的导纳测量程序。搭建了10kV/500kVA高压阻抗测量实验平台并对装备进行可行性验证,在实验平台的基础上对无源负载的导纳模型进行在线测量,通过实验验证了极坐标下的导纳建模方法以及装备设计方案的有效性。