【摘 要】
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随着化石能源的日益枯竭,风电作为新能源发电系统中重要的组成部分,正逐步成为各国关注的重点。自“十三五规划”以来,中国也在积极部署以风电、光伏为代表的新能源发展战略。新能源发电装置含有大量的电力电子器件,双馈风电机组包含的多物理和控制环节具有从低频（0.1Hz）到次/超同步频（10-100Hz）甚至高频（数k Hz）的宽频动态特性。因此,风机的大规模并网会给电力系统带来各类振荡风险。本文将通过分析双
【基金项目】
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国家重点研发计划“大容量风电机组电网友好型控制技术”项目课题一“双馈和直驱风电机组宽频动态特性及量化分析方法研究”（2018YFB0904001）; 国家电网公司科技项目（SGJB0000TKJS1801242）
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随着化石能源的日益枯竭,风电作为新能源发电系统中重要的组成部分,正逐步成为各国关注的重点。自“十三五规划”以来,中国也在积极部署以风电、光伏为代表的新能源发展战略。新能源发电装置含有大量的电力电子器件,双馈风电机组包含的多物理和控制环节具有从低频（0.1Hz）到次/超同步频（10-100Hz）甚至高频（数k Hz）的宽频动态特性。因此,风机的大规模并网会给电力系统带来各类振荡风险。本文将通过分析双馈风电机组各动态环节的频率特性,建立描述双馈风电机组不同频率带宽的解耦状态空间模型,并由此研究双馈风电机组并网系统稳定性问题。据此,本文的主要工作如下:根据双馈风电机组的工作原理,建立了双馈风电机组各物理环节的数学模型和状态空间模型。基于双馈风电机组各控制环路的传递函数,分析了双馈风电机组各控制环路的带宽特性,并结合风机其它物理结构的典型频率特征,探讨了风机各物理环节的频率分布特性。通过计算双馈风电机组经串补并网系统的特征值结果,并基于各物理环节的时间尺度分布,提出了适用于低频、次/超同步频和中/高频问题分析的双馈风电机组解耦状态空间模型。在双馈风电机组次/超同步频解耦状态空间模型的基础上,通过分析不稳定振荡模式的参与因子结果,建立了适用于研究双馈风电机组经串补并网系统次同步振荡问题的简化状态空间模型。在简化状态空间模型的基础上,推导出双馈风电机组端口阻抗表达式,并通过对比频率扫描结果,验证阻抗表达式的准确性。同时,结合双馈风电机组的阻抗曲线特性,分析了关键因素对风机并网系统稳定性的影响。基于双馈风电机组端口阻抗表达式,通过分析阻抗表达式中各因式之间的幅值和相位关系,提出了抑制双馈风电机组次同步振荡的控制策略。该策略通过在RSC中添加新的控制支路以减小风机端口阻抗相角。相比于现有的虚拟电阻法,该控制策略具有更好的抑制效果,并在风机各工况下均能有效抑制系统的次同步振荡。最后,在PSCAD/EMTDC中建立电磁暂态仿真算例,进一步验证了上述结论。
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