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摘 要

随着能源问题日益严重，越来越多的国家开始重视风力发电，而近些年出现了一种新型的次同步振荡问题，威胁着风力发电机的运行，所以本文正是基于此，研究了双馈风机的次同步振荡的抑制技术。

本文为双馈风机外送系统次同步振荡抑制技术研究，首先介绍了双馈风机次同步振荡的抑制技术的课题背景与研究意义，接着以文献综述的方式介绍了次同步振荡的抑制技术的发展概况，然后介绍了几种典型的风电机组的机构以及双馈风力发电机的数学模型，接下来详细的分析次同步振荡抑制技术，本文首先搭建了已经发生振荡的双馈风机matlab模型，接着调节参数，观察风速、串补度和转子侧Kp对次同步振荡的影响；然后在转子侧附加阻尼控制器已至此同步振荡并验证了阻尼控制器的可行性。

关键词：双馈风机；次同步振荡； Simulink仿真；抑制技术

Technology and Research of Subsynchronous Oscillation Suppression for Feed - out System of Doubly - fed Fan

Abstract

With the increasingly serious energy problems, more and more countries attach importance to wind power, but in recent years the emergence of a new type of SSO problem, threatening the wind turbine operation, so this article is based on this, the suppression of DFIG subsynchronous oscillation.

In this paper, the secondary synchronous oscillation suppression technology of the federation system is introduced. Firstly, the background and significance of the suppression technique of the doubly-fed fan are introduced. Then, the development of the suppression technique of the sub-synchronous oscillation is introduced in a literature review And then introduces the mathematical model of the typical wind turbine and the mathematical model of the doubly-fed wind turbine. Then, the detailed analysis of the sub-synchronous oscillation suppression technique is carried out. In this paper, the mathematic model of the doubly-fed fan, Parameters, observe the wind speed, the chain complement and the rotor side Kp on the secondary oscillation of the impact; then the rotor side of the additional damping controller has been synchronized to the oscillation and verify the feasibility of the damping controller.

Key words: doubly fed induction generator; subsynchronous oscillation; Simulink simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 项目背景以及研究意义 1

1.2次同步振荡抑制技术概述 1

1.3 本课题关键点 3

1.4本章总结 3

第二章 常见风电机组结构及双馈风机数学模型 4

2.1笼型异步风电机组 4

2.2双馈异步风电机组(DFIG) 4

2.3永磁直驱同步风电机组 5

2.4 建立双馈风力发电机的数学模型 5

第三章 次同步振荡的仿真分析 7

3.1时域仿真模型 7

3.2参数设置 7

3.3风速对次同步振荡特性的影响 8

3.4串补度的影响 9

3.5 DFIG 控制参数对次同步振荡特性的影响 11

3.6本章小结 12

第四章 双馈风机附加阻尼控制器抑制次同步振荡 13

4.1 阻尼控制器 13

4.2在转子侧附加阻尼控制器 14

4.3附加阻尼控制器后改变参数对抑制的影响 18

4.3.1改变风速 18

4.3.2改变串补度 20

4.4本章小结 20

第五章 总结与展望 21

5.1 总结 21

5.2展望 21

致 谢 22

参考文献 23

附 录 25

第一章 绪论

1.1 项目背景以及研究意义

在能源日益匮乏的今天，由于化石燃料的大量使用和过度的开采，各种问题也随之暴露出来。现在主要使用的燃料主要都为化石燃料，但是煤石油天然气等化石燃料都属于不可再生的一次能源，不仅如此，在使用过程中还会产生燃烧后的废气和固体废物污染，水体也有可能受到污染。为了缓解能源短缺和大量的污染问题，全世界都在探寻可再生能源技术。地球上的风能储备非常的丰富，而且作为一种清洁能源已经被人们所关注，风力发电也逐渐登上舞台。双馈感应发电机（DFIG）是目前风电机组中备受关注与欢迎的机型，双馈感应发电机的优点有效率高、运行可靠性高、经济性好和灵活便于控制。火电机组经串补外送功率过程中可能会引发次同步振荡，同样，在双馈感应风力发电机组长远距离输电过程选择使用串联补偿电容时，和火电机组相似也有一定概率会引发次同步振荡。

但是风电机组并不等同于火电机组，风电场中风力发电机类型较为繁多，并且在电机结构上和并网的方式上完全不同。

我国可利用风能储量非常大，但是大多分布的地区不在用电量非常大的区域，为了响应我国低碳经济的发展策略，风力发电已经走上了舞台，这时结合我国逆向分布的特点远距离的输电就显得尤为重要了。然而串补系统与双馈风机的耦合互作用容易使得对规模风电送出系统易产生次同步振荡问题。使用附加控制器抑制次同步振荡是一种经济有效的技术手段，然而风电送出系统中存在的不确定性问题使得传统的附加控制器面临鲁棒性不足的问题。充分考虑不确定参数对控制器的影响，并研究次同步振荡附加控制器参数优化方法，具有非常重要的理论研究价值和现实意义。

1.2次同步振荡抑制技术概述

IEEE于1974年成立了Subsynchronous Resonance Working Group工作组，致力于次同步谐振（SSO）机理与抑制措施的研究与报道。在早期时候，人们定义次同步振荡是在电气系统和机组之间存在以多个频率进行电能，内能或多种能量交换的现象。

在风力发电选择使用双馈风力发电机通过串联补偿输送电能时，可能会出现次同步振荡问题，可能会出现感应发电机效应（IGE）和次同步控制相互作用（SSCI）。为分析该问题，以给其抑制措施提供依据，文献^[1]和文献^[2]建立了双馈风力发电机模型，该模型可以模拟系统发生次同步振荡的模态，分析了影响感应发电机效应（IGE）的几个因素和感应发电机效应发生的原理，从转子侧电流环控制角度推导分析了影响次同步控制相互作用的几个因素和次同步相互作用的原理，分析这些原理，均采用了频率扫描的方法。同时，利用时域分析法可以分析出影响次同步振荡的几个影响因素。研究结果表明：（1）感应发电机效应（IGE）的产生是因为串补度的增大或者风速变小了；（2）随着电流环控制器比例系数的减少和积分系数降低会逐渐削弱次同步控制相互作用。

文献^[7]得出影响系统的次同步振荡的主要因素有两个，分别为风轮机的转速的大小（风速）和串联补偿度的大小，还有一个影响较小的因素就是转子侧的变换器内流控制，其他因素不重要；通过改变这三个影响因素，可以达到抑制次同步振荡的目的。系统的阻尼和风速呈正相关，风速降低，系统的阻尼降低；当系统的串联补偿度下降时，系统的阻尼在这个时候会被加强同时，次同步振荡的频率也会呈收敛状态，这一结论说明了串联补偿度越低，振荡越来越趋于稳定，这篇文章的一些结论是经过全系统闭环模型特征值计算后分析得出的。

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