風電場機網扭振作用傳遞、等值及其阻尼控制研究

《風電場機網扭振作用傳遞、等值及其阻尼控制研究》是依託上海交通大學，由解大擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：風電場機網扭振作用傳遞、等值及其阻尼控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：解大
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

從風力發電實際工程中發現風電機組的機網扭振會對機軸、齒輪箱及槳葉等造成損傷，基於本課題組前期對主流機型風電機組單機扭振機理及相互作用的研究，提出對非同型風電場多機系統扭振的預測和抑制策略。首先，基於前期完成的對各種機型的單機精確建模，建立統一的非同機型風電場多機小擾動方程。在此基礎上，研究機組間扭振的傳遞特性。其次，比較等值簡化方法並建立等值機模型，研究非同機型多機風電場單等值機或多等值機模型扭振與電網的相互作用。再次，利用粗糙集的隨機集描述及推理方法，建立風電機組單機扭振特徵庫，研究風電機組扭振作用測量與預測方法。最後，結合電力電子裝置（風電機組變流器、SVG或SMES）的狀態空間平均模型與風電機組小擾動模型，提出非同機型風電機組和風電場等值機模型的扭振抑制策略。

結題摘要

現代併網型風電場的規模在不斷增大的同時，風電場異常運行的事件也在不斷增多，其中，風電場有功功率在低於工頻頻率下的振盪的異常運行現象屢見報導，有時伴隨有風電機組大規模脫網事故。這些振盪有時發生在風電場的內部，從一台或幾颱風電機組開始，逐漸擴展到其它風電機組；有時發生在風電場與電網的聯絡線上，表現為有功功率以一個頻率大幅波動。因此，對這些風電場有功功率振盪應進行準確地評估。更多的相似問題雖未見報導，但是很多風電場的主動解列事件也被懷疑與此有關。 我們在MATLAB/Simulink中詳細推導了當今主流風電機組的小信號模型；利用特徵值分析和相關因子分析，對機網相互作用振盪模態進行辨識和分類。研究認為這些有功振盪現象主要有兩種可能性，即低頻振盪和次同步相互作用SSI。傳統理論認為低頻振盪由發電機快速勵磁的負阻尼作用引起，一般頻率在0.2 ~ 2.5Hz之間；對於風電的次同步相互作用SSI的研究近年才引起關注，一般認為SSI可分為SSTI（SSR/SSO）、SSCI兩種。SSTI被稱為次同步扭矩相互作用，認為這種作用與軸系的機械動態有關，最終將作用於軸繫上表現為機械扭轉力矩，可能導致風電機組軸系機械結構的損傷；這其中包括SSR/SSO兩種不同的作用方式，次同步諧振SSR是由電網中的串聯電容引起諧振，而次同步振盪SSO是一種含高速電子開關的控制系統穩定性問題，因為意料之外的不當的相位關係，形成正反饋所致，二者都會在軸系機械系統發生相互作用，頻率與軸系的自由頻率接近。SSCI被稱為次同步控制相互作用，認為與電力電子的高速控制系統及串補電容相關，即與電氣諧振頻率相關，在較低串補度時就會發生。 我們研究了單機——無窮大系統的機網相互作用以及風力發電系統內部控制參數和運行初值的影響，從系統穩定性出發，研究各個控制參數和運行初值對機網相互作用所有振盪模態的影響，考慮各個振盪模態變化特性，選取最佳的控制參數和運行初值區域；然後將結果推廣到多機風電場，研究了含多種機型的風電場風電機組間軸系扭振的傳遞特性；進一步的，針對風電場規模擴大詳細模型仿真難度大的問題，研究風電場的等值建模方法，提出一種適用於風電場扭振分析的等值簡化方法，該等值簡化方法通過矩陣的相似變換，大幅度降低系統階數，避免大規模風電場建模出現的“維數災”問題。