上海交通大学学报 ›› 2022, Vol. 56 ›› Issue (12): 1572-1583.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.434
所属专题: 《上海交通大学学报》2022年“新型电力系统与综合能源”专题
收稿日期:
2021-10-29
出版日期:
2022-12-28
发布日期:
2022-11-01
通讯作者:
余浩
E-mail:13570039611@163.com.
作者简介:
张志强(1966-),男,辽宁省阜新市人,高级工程师,硕士,研究方向为电力系统规划和新能源并网消纳技术.
基金资助:
ZHANG Zhiqiang1, LI Qiutong2, YU Hao1(), CHEN Honglin1, SUN Haishun2
Received:
2021-10-29
Online:
2022-12-28
Published:
2022-11-01
Contact:
YU Hao
E-mail:13570039611@163.com.
摘要:
海上直驱风电经柔性直流输电并网系统由多变流器构成,具有不同时间尺度的控制回路和复杂的动态特性.基于双风电场经柔性直流并网系统算例,采用状态空间分析法研究系统次/超同步振荡模态与电流控制回路的关联关系.研究表明,系统存在3种与变流器电流环相关的主导振荡模态,分别对应于风场-柔直模态、风场间模态以及柔直-交流系统模态,风场侧的模态与柔直-交流系统模态是解耦的,相关变流器控制参数、系统的运行工况对3种模态稳定性具有重要影响;单个主导模态失稳引起的振荡会波及到柔直的另一端,需要甄别引起振荡的根本原因,以利于针对性设计抑制策略.研究结果对于认识海上风电经柔直并网系统动态特性、参数设计以及振荡抑制具有指导作用.
中图分类号:
张志强, 李秋彤, 余浩, 陈鸿琳, 孙海顺. 海上直驱风电经柔直并网系统的次/超同步振荡特性分析[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(12): 1572-1583.
ZHANG Zhiqiang, LI Qiutong, YU Hao, CHEN Honglin, SUN Haishun. Analysis of Sub/Super-Synchronous Oscillation of Direct-Drive Offshore Wind Power Grid-Connected System via VSC-HVDC[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2022, 56(12): 1572-1583.
表1
工况设置
参数 | 取值 | |||
---|---|---|---|---|
工况 一 | 工况 二 | 工况 三 | 工况 四 | |
风电机组出力Ps.pu | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
短路比 | 4 | 4 | 4 | 4 |
风电GSC电流环比例增益Kp5, Kp6 | 1 | 0.65 | 0.4 | 1 |
风电GSC电流环积分增益Ki5, Ki6 | 25 | 25 | 25 | 25 |
柔直SEC电流环比例增益Kp8, Kp10 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
柔直SEC电流环积分增益Ki8, Ki10 | 50 | 50 | 50 | 50 |
柔直REC电流环比例增益Kp12, Kp13 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.48 |
柔直REC电流环积分增益Ki12, Ki13 | 50 | 50 | 50 | 50 |
风电GSC电流环带宽/Hz | 201 | 143 | 92 | 201 |
柔直SEC电流环带宽/Hz | 224 | 224 | 224 | 224 |
柔直REC电流环带宽/Hz | 267 | 267 | 267 | 197 |
表2
海上风电经柔直并网系统次/超同步频段特征模态
SSO模态 | 特征值 | 振荡模式 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
工况一 | 工况二 | 工况三 | 工况四 | |||||||
λ1,2 | -6.36± | j61.10×2π | 3.65± | j48.39×2π | 23.77± | j38.32×2π | -6.36± | j61.10×2π | 风场-柔直模式 | |
λ7,8 | -115.08± | j112.66×2π | -144.46± | j98.76×2π | -174.26± | j86.60×2π | -115.08± | j112.66×2π | ||
λ9,10 | -83.10± | j10.54×2π | -77.77± | j12.51×2π | -67.93± | j15.29×2π | -83.10± | j10.54×2π | ||
λ3,4 | -66.26± | j70.21×2π | -37.05± | j51.96×2π | 7.24± | j39.77×2π | -66.26± | j70.21×2π | 风场间模式 | |
λ11,12 | -198.21± | j124.81×2π | -242.92± | j104.25×2π | -296.25± | j84.21×2π | -198.21± | j124.81×2π | ||
λ13,14 | -93.50+ -56.79+ | j0×2π j0×2π | -99.78± | j4.39×2π | -122.16± | j13.71×2π | -93.50+ -56.79+ | j0×2π j0×2π | ||
λ5,6 | -74.96± | j26.94π | -74.96± | j26.94π | -74.96± | j26.94π | 2.61± | j25.81×2π | 柔直-交流系统模式 | |
λ15,16 | -184.74± | j106.82×2π | -184.74± | j106.82×2π | -184.74± | j106.82×2π | -186.02± | j80.56×2π | ||
λ17,18 | -366.61± | j31.54×2π | -366.61± | j31.54×2π | -366.61± | j31.54×2π | -540.99± | j1.95×2π |
表A1
变量含义表
变量 | 含义 | 变量 | 含义 |
---|---|---|---|
Psr | 风电有功指令值的标幺值 | ω0 | 电网额定角频率标幺值 |
Ps | 风电有功实际值的标幺值 | Lr | 柔直送端滤波电感标幺值 |
z1 | 风电机侧有功外环控制状态变量 | uw | 风电直流电压指令值的标幺值 |
isqr | 风电机侧q轴电流指令值的标幺值 | uwr | 风电直流电压参考值 |
isq | 风电机侧q轴滤波后电流标幺值 | z4 | 风电网侧直流电压外环控制状态变量 |
z2 | 风电机侧q轴电流内环控制状态变量 | igdr | 风电网侧d轴电流指令值的标幺值 |
ωm | 发电机转子角速度标幺值 | igmd | 风电网侧d轴滤波后电流的标幺值 |
ψf | 转子磁链标幺值 | z5 | 风电网侧d轴电流内环控制状态变量 |
usqr | 风电机侧q轴变流器出口电压指令值的标幺值 | ugmd | 风电网侧d轴滤波后电压的标幺值 |
isdr | 风电机侧d轴电流指令值的标幺值 | ugcdr | 风电网侧d轴变流器出口电压指令值的标幺值 |
isd | 风电机侧d轴电流实际值的标幺值 | igqr | 风电网侧q轴电流指令值的标幺值 |
z3 | 风电机侧d轴电流内环控制状态变量 | igmq | 风电网侧q轴滤波后电流的标幺值 |
usdr | 风电机侧d轴变流器出口电压指令值的标幺值 | z6 | 风电网侧q轴电流内环控制状态变量 |
Lsd | 同步电机定子直轴电感标幺值 | ugmq | 风电网侧q轴滤波后电压的标幺值 |
Lsq | 同步电机定子交轴电感标幺值 | ugcqr | 风电网侧q轴变流器出口电压指令值的标幺值 |
urmd | 柔直送端d轴滤波后电压的标幺值 | Lg | 风电网侧滤波电感标幺值 |
urdr | 柔直送端d轴变流器出口电压指令值的标幺值 | uhi | 柔直受端直流电压实际值的标幺值 |
z7 | 柔直送端d轴电压外环控制状态变量 | uhir | 柔直受端直流电压指令值的标幺值 |
变量 | 含义 | 变量 | 含义 |
irdr | 柔直送端d轴电流指令值的标幺值 | urcqr | 柔直送端q轴变流器出口电压指令值的标幺值 |
irmd | 柔直送端d轴滤波后电流的标幺值 | z11 | 柔直受端直流电压控制外环状态变量 |
z8 | 柔直送端d轴电流内环控制状态变量 | iidr | 柔直受端d轴电流指令值的标幺值 |
urmd | 柔直送端d轴滤波后电压的标幺值 | iimd | 柔直受端d轴滤波后电流的标幺值 |
urcdr | 柔直送端d轴变流器出口电压指令值的标幺值 | uicdr | 柔直受端d轴变流器出口电压指令值的标幺值 |
z9 | 柔直送端q轴电压外环控制状态变量 | iimq | 柔直受端q轴滤波后电流的标幺值 |
irqr | 柔直送端q轴电流指令值的标幺值 | iiqr | 柔直受端q轴电流指令值的标幺值 |
irmq | 柔直送端q轴滤波后电流的标幺值 | uicqr | 柔直受端q轴变流器出口电压指令值的标幺值 |
z10 | 柔直送端q轴电流内环控制状态变量 | s | 拉普拉斯算子 |
urmq | 柔直送端q轴滤波后电压的标幺值 |
表B2
控制参数
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
GSC外环有功外环比例增益Kp1 | 1 | 柔直SEC dq轴直流电压外环比例增益Kp7, Kp9 | 0.8 |
GSC外环有功外环积分增益Ki1 | 20 | 柔直SEC dq轴直流电压外环积分增益Ki7, Ki9 | 12.5 |
GSC qd轴电流内环比例增益Kp2, Kp3 | 4 | 柔直SEC dq轴电流内环比例增益Kp8, Kp10 | 0.8 |
GSC qd轴电流内环积分增益Ki2, Ki3 | 66.67 | 柔直SEC dq轴电流内环积分增益Ki8, Ki10 | 50 |
GSC直流电压外环比例增益Kp4 | 0.6 | 柔直REC直流电压外环比例增益Kp1 | 0.8 |
GSC直流电压外环积分增益Ki4 | 10 | 柔直REC直流电压外环积分增益Ki11 | 10 |
GSC dq轴电流内环比例增益Kp5, Kp6 | 1 | 柔直REC dq轴电流内环比例增益Kp12, Kp13 | 0.8 |
GSC dq轴电流内环积分增益Ki5, Ki6 | 25 | 柔直 REC dq轴电流内环积分增益Ki12, Ki13 | 50 |
风电锁相环比例增益KpPLLw | 50 | 柔直锁相环比例增益KpPLLh | 50 |
风电锁相环积分增益KiPLLw | 1 000 | 柔直锁相环积分增益KiPLLh | 1 000 |
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