風電并網(wǎng)系統(tǒng)次：超同步振蕩的分析與控制

目錄
序
前言
第1章 概述 1
1.1 電力系統(tǒng)振蕩問題回顧 1
1.2 次/超同步振蕩的定義、形態(tài)與分類 2
1.2.1 以往定義、形態(tài)與分類方法回顧 2
1.2.2 次/超同步振蕩的概念及基于相互作用機理的分類方法 5
1.3 風電次/超同步振蕩的形態(tài)、特征與危害 8
1.3.1 風電次/超同步振蕩的形態(tài) 8
1.3.2 風電次/超同步振蕩的主要特征 9
1.3.3 風電次/超同步振蕩的危害 9
1.4 風電次/超同步振蕩研究內容概述 10
1.5 主要挑戰(zhàn)與本書特色 11
1.5.1 面臨的主要挑戰(zhàn) 11
1.5.2 本書的重點與特色 14
參考文獻 16
第2章 風電次/超同步振蕩分析的模型和參數(shù) 19
2.1 模型構成與建模概述 19
2.1.1 模型構成 19
2.1.2 建模方法概述 21
2.2 頻域阻抗模型 23
2.2.1 阻抗模型概述 23
2.2.2 阻抗模型的機理構建方法 27
2.2.3 阻抗模型的擾動測辨方法 30
2.3 電壓源變流器的阻抗模型 32
2.3.1 典型電壓源變流器的系統(tǒng)結構與控制策略 33
2.3.2 電壓源變流器的阻抗建模 35
2.3.3 采用不同阻抗模型進行次/超同步振蕩穩(wěn)定性評估的對比 40
2.3.4 全工況耦合阻抗模型及其測辨方法 43
2.4 風電機組的阻抗模型 45
2.4.1 1型風電機組 46
2.4.2 2型風電機組 47
2.4.3 3型風電機組 47
2.4.4 4型風電機組 50
2.5 交流電力網(wǎng)絡中主要設備的阻抗模型 52
2.5.1 汽輪(同步發(fā)電)機組 52
2.5.2 傳統(tǒng)直流輸電 54
2.5.3 交流輸電線與并網(wǎng)電抗器 56
2.5.4 其他電網(wǎng)元件 57
2.6 阻抗網(wǎng)絡模型 57
2.6.1 基本原理 57
2.6.2 阻抗網(wǎng)絡模型的構建方法 57
2.6.3 阻抗網(wǎng)絡模型的傳遞函數(shù)矩陣 60
參考文獻 61
第3章 基于阻抗網(wǎng)絡模型的風電次/超同步振蕩分析 63
3.1 分析方法概述 63
3.1.1 分析的目標 63
3.1.2 分析面臨的挑戰(zhàn) 63
3.1.3 分析方法綜述 64
3.2 基于阻抗網(wǎng)絡模型的頻域模式分析 69
3.2.1 振蕩模式的獲取 69
3.2.2 設備對振蕩模式的參與度 70
3.2.3 振蕩模式的分布特征 72
3.3 基于聚合阻抗頻率特性的定量分析 74
3.3.1 基本原理與一般流程 74
3.3.2 阻抗網(wǎng)絡模型的聚合 75
3.3.3 基于聚合阻抗頻率特性的穩(wěn)定判據(jù) 79
3.3.4 基于聚合RLC電路模型的定量分析 83
3.3.5 與特征值分析和電磁暫態(tài)仿真的比較 84
參考文獻 91
第4章 雙饋風電集群-串補輸電系統(tǒng)的次同步振蕩分析 94
4.1 次同步振蕩的特征與機理 94
4.1.1 風電并網(wǎng)系統(tǒng)及典型次同步振蕩事件 94
4.1.2 主要特征 100
4.1.3 電路機理分析與實測驗證 103
4.2 基于阻抗網(wǎng)絡模型的風電次同步振蕩分析 110
4.2.1 風電機組的阻抗模型 110
4.2.2 阻抗網(wǎng)絡模型的構建 110
4.2.3 基于阻抗網(wǎng)絡的頻域模式分析 112
4.2.4 基于聚合阻抗頻率特性的次同步振蕩分析 114
4.2.5 現(xiàn)場錄波及電磁暫態(tài)仿真驗證 115
4.3 主要影響因素分析 118
4.3.1 風速的影響 118
4.3.2 并網(wǎng)風電機組臺數(shù)的影響 122
4.3.3 風電機組控制參數(shù)的影響 124
4.3.4 串補度的影響 128
參考文獻 129
第5章 直驅風電集群-弱交流系統(tǒng)的次/超同步振蕩分析 130
5.1 次/超同步振蕩的特征與機理 130
5.1.1 風電并網(wǎng)系統(tǒng)及典型次/超同步振蕩事件 130
5.1.2 主要特征 135
5.1.3 振蕩機理簡析與實測驗證 137
5.2 基于阻抗網(wǎng)絡模型的風電次/超同步振蕩分析 142
5.2.1 風電機組的阻抗模型 142
5.2.2 阻抗網(wǎng)絡模型的構建與聚合 143
5.2.3 基于聚合阻抗頻率特性的次/超同步振蕩分析 146
5.2.4 電磁暫態(tài)仿真驗證 148
5.2.5 次/超同步振蕩的振蕩源分析 150
5.3 主要影響因素分析 154
5.3.1 并網(wǎng)風電機組臺數(shù)的影響 155
5.3.2 交流電網(wǎng)強度的影響 155
5.3.3 風電機組控制參數(shù)的影響 156
5.3.4 特高壓直流輸電系統(tǒng)運行狀態(tài)的影響 159
5.3.5 電磁暫態(tài)仿真驗證 159
參考文獻 161
第6章 風電次/超同步振蕩防控方法概述 163
6.1 防控方法分類 163
6.2 系統(tǒng)規(guī)劃階段的預防措施 163
6.2.1 電網(wǎng)側預防措施 164
6.2.2 機組側預防措施 165
6.3 協(xié)調機-網(wǎng)運行方式 165
6.4 風電機組側主動阻尼控制 167
6.4.1 優(yōu)化/調節(jié)風電機組變流器控制參數(shù) 167
6.4.2 改進網(wǎng)側變流器控制 167
6.4.3 改進轉子側變流器控制(3型風電機組) 169
6.4.4 同時替換網(wǎng)側與轉子側變流器控制(3型風電機組) 170
6.5 電網(wǎng)側主動阻尼控制 171
6.5.1 基于FACTS設備的阻尼控制 171
6.5.2 基于HVDC的阻尼控制 171
6.5.3 基于專用變流器的阻尼控制 171
6.6 防控方法總結及主要挑戰(zhàn) 171
6.6.1 防控方法總結 171
6.6.2 主要挑戰(zhàn) 173
參考文獻 173
第7章 風電機組的阻抗重塑控制 178
7.1 阻抗重塑控制原理與實現(xiàn)方法概述 178
7.2 基于次同步陷波器的阻抗重塑控制 179
7.2.1 工作原理 179
7.2.2 次同步陷波器嵌入位置的優(yōu)選 182
7.2.3 次同步陷波器的設計 186
7.2.4 控制效果分析 189
7.3 雙饋風電機組基于RSC附加阻尼控制的阻抗重塑 191
7.3.1 基本原理和主要特點 191
7.3.2 雙饋風電機組附加次同步阻尼控制的設計 192
7.3.3 應用案例與控制效果分析 194
7.3.4 工程案例 204
7.4 直驅風電機組基于GSC附加阻尼控制的阻抗重塑 207
7.4.1 基本原理 207
7.4.2 直驅風電機組附加次/超同步阻尼控制的設計 208
7.4.3 應用案例與控制效果分析 209
參考文獻 213
第8章 基于電壓源變流器的網(wǎng)側次/超同步阻尼控制 215
8.1 基本原理與控制構成 215
8.1.1 基于電壓源變流器的次/超同步阻尼控制一般原理 215
8.1.2 并聯(lián)型VSC-SSDC的構成 216
8.2 風電次/超同步阻尼控制器的設計 218
8.2.1 GSDC-SSDC的構成 218
8.2.2 反饋信號的選取 219
8.2.3 模式濾波器的設計 219
8.2.4 比例-移相環(huán)節(jié)的設計 220
8.3 GSDC鏈式變流器及其控制系統(tǒng)的設計 221
8.3.1 GSDC-VSC的構成 221
8.3.2 GSDC-VSC的主電路參數(shù)設計 222
8.3.3 GSDC-VSC的容量設計 226
8.3.4 GSDC-VSC的控制 227
8.3.5 GSDC-VSC的等值傳遞函數(shù)模型 228
8.4 GSDC-SSDC參數(shù)的全工況優(yōu)化設計 228
8.4.1 設計目標和要求 229
8.4.2 基于阻抗網(wǎng)絡模型的全工況優(yōu)化設計原理 229
8.4.3 包括GSDC的系統(tǒng)阻抗網(wǎng)絡模型 230
8.4.4 SSDC參數(shù)設計的優(yōu)化問題 232
8.4.5 優(yōu)化問題的求解 233
8.4.6 沽源風電并網(wǎng)系統(tǒng)GSDC-SSDC參數(shù)的優(yōu)化設計 233
8.5 GSDC裝置的研發(fā)、測試與應用 235
8.5.1 研發(fā)歷程 235
8.5.2 主電路參數(shù)設計及仿真分析 236
8.5.3 控制硬件在環(huán)測試 238
8.5.4 現(xiàn)場應用 242
參考文獻 242