风电并网系统次：超同步振荡的分析与控制

目录
序
前言
第1章 概述 1
1.1 电力系统振荡问题回顾 1
1.2 次/超同步振荡的定义、形态与分类 2
1.2.1 以往定义、形态与分类方法回顾 2
1.2.2 次/超同步振荡的概念及基于相互作用机理的分类方法 5
1.3 风电次/超同步振荡的形态、特征与危害 8
1.3.1 风电次/超同步振荡的形态 8
1.3.2 风电次/超同步振荡的主要特征 9
1.3.3 风电次/超同步振荡的危害 9
1.4 风电次/超同步振荡研究内容概述 10
1.5 主要挑战与本书特色 11
1.5.1 面临的主要挑战 11
1.5.2 本书的重点与特色 14
参考文献 16
第2章 风电次/超同步振荡分析的模型和参数 19
2.1 模型构成与建模概述 19
2.1.1 模型构成 19
2.1.2 建模方法概述 21
2.2 频域阻抗模型 23
2.2.1 阻抗模型概述 23
2.2.2 阻抗模型的机理构建方法 27
2.2.3 阻抗模型的扰动测辨方法 30
2.3 电压源变流器的阻抗模型 32
2.3.1 典型电压源变流器的系统结构与控制策略 33
2.3.2 电压源变流器的阻抗建模 35
2.3.3 采用不同阻抗模型进行次/超同步振荡稳定性评估的对比 40
2.3.4 全工况耦合阻抗模型及其测辨方法 43
2.4 风电机组的阻抗模型 45
2.4.1 1型风电机组 46
2.4.2 2型风电机组 47
2.4.3 3型风电机组 47
2.4.4 4型风电机组 50
2.5 交流电力网络中主要设备的阻抗模型 52
2.5.1 汽轮(同步发电)机组 52
2.5.2 传统直流输电 54
2.5.3 交流输电线与并网电抗器 56
2.5.4 其他电网元件 57
2.6 阻抗网络模型 57
2.6.1 基本原理 57
2.6.2 阻抗网络模型的构建方法 57
2.6.3 阻抗网络模型的传递函数矩阵 60
参考文献 61
第3章 基于阻抗网络模型的风电次/超同步振荡分析 63
3.1 分析方法概述 63
3.1.1 分析的目标 63
3.1.2 分析面临的挑战 63
3.1.3 分析方法综述 64
3.2 基于阻抗网络模型的频域模式分析 69
3.2.1 振荡模式的获取 69
3.2.2 设备对振荡模式的参与度 70
3.2.3 振荡模式的分布特征 72
3.3 基于聚合阻抗频率特性的定量分析 74
3.3.1 基本原理与一般流程 74
3.3.2 阻抗网络模型的聚合 75
3.3.3 基于聚合阻抗频率特性的稳定判据 79
3.3.4 基于聚合RLC电路模型的定量分析 83
3.3.5 与特征值分析和电磁暂态仿真的比较 84
参考文献 91
第4章 双馈风电集群-串补输电系统的次同步振荡分析 94
4.1 次同步振荡的特征与机理 94
4.1.1 风电并网系统及典型次同步振荡事件 94
4.1.2 主要特征 100
4.1.3 电路机理分析与实测验证 103
4.2 基于阻抗网络模型的风电次同步振荡分析 110
4.2.1 风电机组的阻抗模型 110
4.2.2 阻抗网络模型的构建 110
4.2.3 基于阻抗网络的频域模式分析 112
4.2.4 基于聚合阻抗频率特性的次同步振荡分析 114
4.2.5 现场录波及电磁暂态仿真验证 115
4.3 主要影响因素分析 118
4.3.1 风速的影响 118
4.3.2 并网风电机组台数的影响 122
4.3.3 风电机组控制参数的影响 124
4.3.4 串补度的影响 128
参考文献 129
第5章 直驱风电集群-弱交流系统的次/超同步振荡分析 130
5.1 次/超同步振荡的特征与机理 130
5.1.1 风电并网系统及典型次/超同步振荡事件 130
5.1.2 主要特征 135
5.1.3 振荡机理简析与实测验证 137
5.2 基于阻抗网络模型的风电次/超同步振荡分析 142
5.2.1 风电机组的阻抗模型 142
5.2.2 阻抗网络模型的构建与聚合 143
5.2.3 基于聚合阻抗频率特性的次/超同步振荡分析 146
5.2.4 电磁暂态仿真验证 148
5.2.5 次/超同步振荡的振荡源分析 150
5.3 主要影响因素分析 154
5.3.1 并网风电机组台数的影响 155
5.3.2 交流电网强度的影响 155
5.3.3 风电机组控制参数的影响 156
5.3.4 特高压直流输电系统运行状态的影响 159
5.3.5 电磁暂态仿真验证 159
参考文献 161
第6章 风电次/超同步振荡防控方法概述 163
6.1 防控方法分类 163
6.2 系统规划阶段的预防措施 163
6.2.1 电网侧预防措施 164
6.2.2 机组侧预防措施 165
6.3 协调机-网运行方式 165
6.4 风电机组侧主动阻尼控制 167
6.4.1 优化/调节风电机组变流器控制参数 167
6.4.2 改进网侧变流器控制 167
6.4.3 改进转子侧变流器控制(3型风电机组) 169
6.4.4 同时替换网侧与转子侧变流器控制(3型风电机组) 170
6.5 电网侧主动阻尼控制 171
6.5.1 基于FACTS设备的阻尼控制 171
6.5.2 基于HVDC的阻尼控制 171
6.5.3 基于专用变流器的阻尼控制 171
6.6 防控方法总结及主要挑战 171
6.6.1 防控方法总结 171
6.6.2 主要挑战 173
参考文献 173
第7章 风电机组的阻抗重塑控制 178
7.1 阻抗重塑控制原理与实现方法概述 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优选 182
7.2.3 次同步陷波器的设计 186
7.2.4 控制效果分析 189
7.3 双馈风电机组基于RSC附加阻尼控制的阻抗重塑 191
7.3.1 基本原理和主要特点 191
7.3.2 双馈风电机组附加次同步阻尼控制的设计 192
7.3.3 应用案例与控制效果分析 194
7.3.4 工程案例 204
7.4 直驱风电机组基于GSC附加阻尼控制的阻抗重塑 207
7.4.1 基本原理 207
7.4.2 直驱风电机组附加次/超同步阻尼控制的设计 208
7.4.3 应用案例与控制效果分析 209
参考文献 213
第8章 基于电压源变流器的网侧次/超同步阻尼控制 215
8.1 基本原理与控制构成 215
8.1.1 基于电压源变流器的次/超同步阻尼控制一般原理 215
8.1.2 并联型VSC-SSDC的构成 216
8.2 风电次/超同步阻尼控制器的设计 218
8.2.1 GSDC-SSDC的构成 218
8.2.2 反馈信号的选取 219
8.2.3 模式滤波器的设计 219
8.2.4 比例-移相环节的设计 220
8.3 GSDC链式变流器及其控制系统的设计 221
8.3.1 GSDC-VSC的构成 221
8.3.2 GSDC-VSC的主电路参数设计 222
8.3.3 GSDC-VSC的容量设计 226
8.3.4 GSDC-VSC的控制 227
8.3.5 GSDC-VSC的等值传递函数模型 228
8.4 GSDC-SSDC参数的全工况优化设计 228
8.4.1 设计目标和要求 229
8.4.2 基于阻抗网络模型的全工况优化设计原理 229
8.4.3 包括GSDC的系统阻抗网络模型 230
8.4.4 SSDC参数设计的优化问题 232
8.4.5 优化问题的求解 233
8.4.6 沽源风电并网系统GSDC-SSDC参数的优化设计 233
8.5 GSDC装置的研发、测试与应用 235
8.5.1 研发历程 235
8.5.2 主电路参数设计及仿真分析 236
8.5.3 控制硬件在环测试 238
8.5.4 现场应用 242
参考文献 242