【摘要】：新能源以越來(lái)越高的比例接入電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì),新能源的接入離不開(kāi)電力電子并網(wǎng)設(shè)備,電力電子設(shè)備在高比例的新能源電網(wǎng)發(fā)揮快速和靈活調(diào)節(jié)等優(yōu)勢(shì)的同時(shí),也給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)新的挑戰(zhàn),主要集中在:(1)新能源換流器缺乏可靠的慣性響應(yīng)且頻率耐受能力較低,導(dǎo)致電網(wǎng)的頻率抗擾動(dòng)能力下降。(2)新能源換流器的暫態(tài)電壓和電流支撐能力不足,導(dǎo)致新能源的故障穿越能力降低和脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)增大。與新能源換流器相比,傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)在應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)時(shí)具有較大的優(yōu)勢(shì),現(xiàn)有的大多數(shù)基于電力電子控制的應(yīng)對(duì)方案也都希望換流器能夠具備同步機(jī)的一些優(yōu)良屬性,雖然取得了一定的成效,但不能發(fā)揮更好的效果的原因仍然多數(shù)歸結(jié)到電力電子本身�；诖�,本文提出一種高比例新能源通過(guò)同步電動(dòng)機(jī)-同步發(fā)電機(jī)(Motor-generator Pair,MGP)并網(wǎng)的新型并網(wǎng)方式,并將這種并網(wǎng)系統(tǒng)稱(chēng)為新能源同步機(jī)(Renewable Energy Synchronous Generator,ReSG),嘗試?yán)猛诫姍C(jī)的一些優(yōu)良屬性,如真實(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和自發(fā)的慣性響應(yīng),過(guò)載和瞬時(shí)無(wú)功功率支撐能力,通過(guò)勵(lì)磁控制來(lái)阻尼振蕩等,作為電力電子換流器并網(wǎng)的補(bǔ)充,更好地服務(wù)于高比例新能源電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性成果如下:(1)提出了基于同步電機(jī)的高比例新能源的新型并網(wǎng)方式MGP,對(duì)其數(shù)學(xué)模型和功角特性開(kāi)展了理論和實(shí)驗(yàn)研究理論方面,詳細(xì)介紹了 MGP的結(jié)構(gòu)和工作原理,建立了 MGP的數(shù)學(xué)模型并研究功角特性,在此基礎(chǔ)上,提出了 MGP的仿真簡(jiǎn)化模型;實(shí)驗(yàn)方面,建立了 MGP樣機(jī)系統(tǒng),開(kāi)展了負(fù)載實(shí)驗(yàn)和功角特性實(shí)驗(yàn)。帶負(fù)載實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明MGP可以實(shí)現(xiàn)帶負(fù)載的基本功能,并驗(yàn)證了 MGP數(shù)學(xué)模型的可靠性;MGP的仿真簡(jiǎn)化模型的仿真結(jié)果表明,該模型可以有效提升MGP的仿真速度,為MGP的后續(xù)研究打下了基礎(chǔ);功角特性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,MGP連接的兩個(gè)交流系統(tǒng)的頻率差,會(huì)引起其兩側(cè)的電壓相位差變化,進(jìn)而引起其傳輸功率的變化,這樣的功角特性對(duì)MGP功率控制方法的研究具有重要意義。(2)基于MGP的功角特性,提出了適用于MGP并網(wǎng)的功率反饋控制方法控制方法方面,以MGP的功角特性為基礎(chǔ),提出了源網(wǎng)相位差控制方法,即在維持兩個(gè)交流系統(tǒng)頻率一致的條件下,調(diào)節(jié)MGP兩端交流系統(tǒng)的相位差來(lái)控制其功率傳輸?shù)目刂品椒?并在考慮電網(wǎng)頻率時(shí)時(shí)波動(dòng)的情況下,提出了功率反饋控制方法,并對(duì)其控制系統(tǒng)穩(wěn)定性以及控制參數(shù)選取方法進(jìn)行了分析;實(shí)驗(yàn)方面,在2kW控制方法研究樣機(jī)上首先對(duì)源網(wǎng)相位差控制方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),并在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)該方法對(duì)電網(wǎng)的頻率波動(dòng)過(guò)于敏感,因此提出了功率反饋控制方法,通過(guò)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該方法的可行性。結(jié)果表明所提功率反饋控制方法可以實(shí)現(xiàn)MGP的并網(wǎng)控制,為新能源通過(guò)MGP并網(wǎng)打下了基礎(chǔ)。(3)提出了新能源通過(guò)MGP并網(wǎng)的直流電壓反饋控制方法,并分析了新能源通過(guò)MGP并網(wǎng)的自同步特性控制方法方面,基于新能源并網(wǎng)逆變器的直流電壓波動(dòng)特性,光伏板穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間的P-V運(yùn)行特性,MGP的功角特性,提出了光伏板和直驅(qū)式風(fēng)機(jī)+MGP的直流電壓反饋控制方法,分析了新能源采用MGP并網(wǎng)后無(wú)需采集電網(wǎng)頻率信號(hào)也能同步運(yùn)行的自同步特性;實(shí)驗(yàn)方面,在5kW-MGP并網(wǎng)樣機(jī)系統(tǒng)上開(kāi)展了光伏模擬器+MGP的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn),研究了在光伏模擬器光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度變化的條件下,MGP系統(tǒng)的功率跟隨特性。結(jié)果表明MGP在使用直流電壓反饋控制方法的條件下,能夠有效跟隨新能源的功率波動(dòng),且新能源通過(guò)MGP并網(wǎng),會(huì)擁有自同步特性,無(wú)需依賴電網(wǎng)電壓做參考來(lái)運(yùn)行,為新能源主動(dòng)維持電網(wǎng)穩(wěn)定性提供了可能。(4)研究了 MGP的慣性提升作用慣性提升方面,通過(guò)實(shí)驗(yàn),對(duì)逆變器直接帶負(fù)載和MGP帶負(fù)載實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比,比較負(fù)載突變時(shí),兩種運(yùn)行方式的頻率波動(dòng)特性;阻尼特性方面,分析了MGP的兩臺(tái)同步機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)帶來(lái)的獨(dú)特的阻尼特性,通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了 MGP和模擬火電機(jī)組的阻尼作用。結(jié)果表明MGP可以提升新能源并網(wǎng)的慣性,降低功率不平衡狀態(tài)下的頻率波動(dòng),并可以提供充足的阻尼抑制電網(wǎng)的頻率波動(dòng)。(5)研究了 MGP的電壓隔離作用隔離作用方面,通過(guò)暫態(tài)仿真研究了 MGP對(duì)電網(wǎng)側(cè)的電壓突增和暫降的隔離作用;通過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了光伏通過(guò)逆變器直接并網(wǎng)和MGP并網(wǎng)情況下,暫態(tài)過(guò)電壓和電壓暫降的時(shí)各個(gè)環(huán)節(jié)輸出的電壓電流波形。結(jié)果表明MGP可以隔離新能源電場(chǎng)和電網(wǎng)之間的不利影響,防止新能源受到電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響造成的脫網(wǎng)。
【圖文】：

ｔｉｍｅ邋（ｓ）逡逑圖１－２東北電網(wǎng)頻率問(wèn)題逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｐｒｏｂｌｅｍ邋ｏｆ邋ｎｏｒｔｈｅａｓｔ邋ｃｈｉｎａ邋ｇｒｉｄ逡逑發(fā)電為例，由于風(fēng)電功率本身的隨機(jī)性和波動(dòng)性，，大規(guī)模風(fēng)有功頻率的控制要求更高，主要體現(xiàn)在Ｈ前主流風(fēng)電機(jī)組

本文的主要研究?jī)?nèi)容
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM73;TK01

【參考文獻(xiàn)】

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