基于输入导纳的直驱风电次同步振荡机理与特性分析
发布时间：2019-11-23 12:33
【摘要】：近年来新能源发电并网系统中多次发生了次同步振荡问题,其中直驱风电并网系统出现了新型的次同步振荡问题,迫切需要开展这种次同步振荡机理研究。该文基于同步参考坐标系,推导了直驱风机动态模型和输入导纳模型,分析了输入导纳实部及虚部(电导及电纳)的频率特性,提出了直驱风机网侧输入导纳在次同步频率范围的负电导特性是次同步振荡的重要表现形式,进一步分析了前置滤波、电流内环、直流电压外环及锁相环控制参数和接入系统强度对负电导特性影响;最后,采用传递函数的极点分析和时域仿真验证了所提出机理的正确性。
【图文】：
侧线性模型，其输入导纳为spciEiiPLLPLLY(s)=G(s)G(s)+Y(s)G(s)+G(s)(26)式中：ivcidcE0cidcPLL0E0iv0PLLPLL0()()()()()2()()()()3()02()()(()())()3dddqqddqqqYsysHsgsgsQYsgsgsGsEYsPYsysHsEGsGsE==+==+考虑机端零无功控制(QE0=0)，可得Yqd(s)=0，因此Y(s)为对角阵。2.1输入导纳区间特性分析考虑换流电感Lg=0.33pu、PE0=0.1pu和kh=3(基值SB=3.3MVA，VB=0.69kV)，直驱风电并网侧输入导纳 频率曲线如图6所示。图中Ydd(s)实部在[18.4,43.3]Hz区间内为小值负值，呈现负电导特性，而虚部在[23.1,125.2]Hz区间内为正，呈现电容特性，在该区间之外输入导f/HzYq(s/)pu0.100.00.10.24080120160200Yd(s)/up0.10.00.10.2实部虚部实部虚部图6直驱风电并网侧输入导纳实部与虚部 频率曲线Fig.6Curveofrealandimaginaryofdirect-driveWPGSinput-admittancetofrequency纳的虚部为负，呈现电感特性。类似Yqq(s)实部在[0,52.4]Hz区间内为小值负值，虚部在[0,148.8]Hz区间内为正，呈现电容特性。因此直驱风机在次同步频率范围存在负阻尼区间，若综合系统总阻尼仍为负值，就会发生次同步振荡问题，这与文献[6]分析结果一致。2.2前置滤波环节带宽影响如图7所示，前置交流电压滤波环节的带宽直接影响直驱风电并网侧输入导纳的实部特性。f/HzYq(s)部实p/u00.00.10.24080120160200Yd(s)部实p/u0.10.10.3Kh=2Kh=3Kh=5Kh=2Kh=3Kh=5图7前置滤波带宽对输入导纳影响Fig.7Impactofprepositivef
.100.00.10.24080120160200Yd(s)/up0.10.00.10.2实部虚部实部虚部图6直驱风电并网侧输入导纳实部与虚部 频率曲线Fig.6Curveofrealandimaginaryofdirect-driveWPGSinput-admittancetofrequency纳的虚部为负，呈现电感特性。类似Yqq(s)实部在[0,52.4]Hz区间内为小值负值，虚部在[0,148.8]Hz区间内为正，呈现电容特性。因此直驱风机在次同步频率范围存在负阻尼区间，若综合系统总阻尼仍为负值，就会发生次同步振荡问题，这与文献[6]分析结果一致。2.2前置滤波环节带宽影响如图7所示，前置交流电压滤波环节的带宽直接影响直驱风电并网侧输入导纳的实部特性。f/HzYq(s)部实p/u00.00.10.24080120160200Yd(s)部实p/u0.10.10.3Kh=2Kh=3Kh=5Kh=2Kh=3Kh=5图7前置滤波带宽对输入导纳影响Fig.7Impactofprepositivefilterbandwidthonrealofinput-admittance图中前置滤波环节中kh分别取值2、3和5，Ydd(s)实部分别在[16.3,40.2]、[17.8,42.9]和[20.3,48.1]Hz区间为小值负值，Yqq(s)实部也分别在[0,46.0]、[0,52.3]和[0,63.5]Hz区间呈现小值负值。可见随着kh增大，负电导区间变宽，朝着频率增加方向移动，但负值的绝对值逐渐减校因此，前置滤波环节带宽不能过小，，但也不能太大，否则不能达到滤除高频谐波的目的。2.3电流内环控制参数影响如图8所示，VSC电流内环PI控制参数取值也直接影响直驱风电并网侧输入导纳实部变化趋势与大校图中Kpi分别取值0.5、1和2pu条件下，Ydd(s)
【图文】：
侧线性模型，其输入导纳为spciEiiPLLPLLY(s)=G(s)G(s)+Y(s)G(s)+G(s)(26)式中：ivcidcE0cidcPLL0E0iv0PLLPLL0()()()()()2()()()()3()02()()(()())()3dddqqddqqqYsysHsgsgsQYsgsgsGsEYsPYsysHsEGsGsE==+==+考虑机端零无功控制(QE0=0)，可得Yqd(s)=0，因此Y(s)为对角阵。2.1输入导纳区间特性分析考虑换流电感Lg=0.33pu、PE0=0.1pu和kh=3(基值SB=3.3MVA，VB=0.69kV)，直驱风电并网侧输入导纳 频率曲线如图6所示。图中Ydd(s)实部在[18.4,43.3]Hz区间内为小值负值，呈现负电导特性，而虚部在[23.1,125.2]Hz区间内为正，呈现电容特性，在该区间之外输入导f/HzYq(s/)pu0.100.00.10.24080120160200Yd(s)/up0.10.00.10.2实部虚部实部虚部图6直驱风电并网侧输入导纳实部与虚部 频率曲线Fig.6Curveofrealandimaginaryofdirect-driveWPGSinput-admittancetofrequency纳的虚部为负，呈现电感特性。类似Yqq(s)实部在[0,52.4]Hz区间内为小值负值，虚部在[0,148.8]Hz区间内为正，呈现电容特性。因此直驱风机在次同步频率范围存在负阻尼区间，若综合系统总阻尼仍为负值，就会发生次同步振荡问题，这与文献[6]分析结果一致。2.2前置滤波环节带宽影响如图7所示，前置交流电压滤波环节的带宽直接影响直驱风电并网侧输入导纳的实部特性。f/HzYq(s)部实p/u00.00.10.24080120160200Yd(s)部实p/u0.10.10.3Kh=2Kh=3Kh=5Kh=2Kh=3Kh=5图7前置滤波带宽对输入导纳影响Fig.7Impactofprepositivef
.100.00.10.24080120160200Yd(s)/up0.10.00.10.2实部虚部实部虚部图6直驱风电并网侧输入导纳实部与虚部 频率曲线Fig.6Curveofrealandimaginaryofdirect-driveWPGSinput-admittancetofrequency纳的虚部为负，呈现电感特性。类似Yqq(s)实部在[0,52.4]Hz区间内为小值负值，虚部在[0,148.8]Hz区间内为正，呈现电容特性。因此直驱风机在次同步频率范围存在负阻尼区间，若综合系统总阻尼仍为负值，就会发生次同步振荡问题，这与文献[6]分析结果一致。2.2前置滤波环节带宽影响如图7所示，前置交流电压滤波环节的带宽直接影响直驱风电并网侧输入导纳的实部特性。f/HzYq(s)部实p/u00.00.10.24080120160200Yd(s)部实p/u0.10.10.3Kh=2Kh=3Kh=5Kh=2Kh=3Kh=5图7前置滤波带宽对输入导纳影响Fig.7Impactofprepositivefilterbandwidthonrealofinput-admittance图中前置滤波环节中kh分别取值2、3和5，Ydd(s)实部分别在[16.3,40.2]、[17.8,42.9]和[20.3,48.1]Hz区间为小值负值，Yqq(s)实部也分别在[0,46.0]、[0,52.3]和[0,63.5]Hz区间呈现小值负值。可见随着kh增大，负电导区间变宽，朝着频率增加方向移动，但负值的绝对值逐渐减校因此，前置滤波环节带宽不能过小，，但也不能太大，否则不能达到滤除高频谐波的目的。2.3电流内环控制参数影响如图8所示，VSC电流内环PI控制参数取值也直接影响直驱风电并网侧输入导纳实部变化趋势与大校图中Kpi分别取值0.5、1和2pu条件下，Ydd(s)
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