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直驱风电场并网对直流输电引起的火电机组轴系扭振影响机理分析

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admin 发表于 2024-12-14 02:16 | 查看全部 阅读模式

文档名:直驱风电场并网对直流输电引起的火电机组轴系扭振影响机理分析
摘要:火电机组与电网换相换流器高压直流输电(LCC-HVDC)间的次同步交互作用会引发火电机组轴系扭振(SSTI),而直驱风电场(DDWF)接入LCC-HVDC送端对SSTI阻尼特性的影响与机理尚未明确,相关研究有待开展.针对上述问题,该文基于DDWF与火电打捆经LCC-HVDC送出系统,采用模块化建模法建立了小信号模型,使用特征值法分析了DDWF的接入与参数变化对LCC-HVDC引起的火电机组SSTI阻尼的影响;同时,针对特征值分析结果进行了机理分析.研究结果表明,DDWF会与火电机组共同承担LCC-HVDC的功率波动,削弱火电机组与LCC-HVDC间的次同步交互作用,从而增大SSTI阻尼,降低SSTI风险;当DDWF的容量增大、风速提升时,SSTI阻尼增大;当DDWF与LCC-HVDC整流站间电气距离增大时,SSTI阻尼降低;当LCC-HVDC整流侧由定电流控制转为定功率控制,或逆变侧由定电压控制转为定关断角控制时,SSTI阻尼降低.基于PSCAD/EMTDC平台进行了时域仿真,验证了特征值分析与机理分析的正确性.

Abstract:Thesub-synchronousinteractionbetweenthethermalgeneratorandtheLCC-HVDC(line-commutated-converterbasedhighvoltagedirectcurrent)willcausethesub-synchronoustorsionalinteraction(SSTI)ofthethermalgeneratorshaftsystem,whichinturncausesthefatigueaccumulationofthethermalgeneratorrotorshaftsystem.WhenthethermalgeneratorisconnectedtotheDDWF(direct-drivewindfarm)throughtheLCC-HVDCsendingend,orthenewLCC-HVDCsendingendACbusisneartheDDWFandthermalgeneratorbaseatthesametime,itwillconstituteascenewithacloseelectricaldistancebetweenthethree.Atthistime,theinfluenceofDDWFontheSSTIofthermalgeneratorcausedbyLCC-HVDCcannotbeignored.Firstly,basedonthemathematicalmodelofDDWFandthermalpowerbundledthroughLCC-HVDCtransmissionsystem,thesmallsignalmodelofthesystemisestablishedinMatlab/Simulinkbyblockmodelingmethod,andthecorrectnessofthesmallsignalmodelisverifiedbystepresponse.Secondly,theeigenvaluesofthesmallsignalmodelunderthetwoconditionsofLCC-HVDCsendingendaccessornoaccesstoDDWFarecomparedandsolved,andtheSSTImodeofthesystemisseparated.TheinfluenceofDDWFgridconnectiononSSTIdampingofthermalgeneratorisclarified,andthetheoreticalanalysisisverifiedbasedontimedomainsimulation.Finally,theinfluenceofsystemoperationmodeonSSTIdampingcharacteristicsisanalyzedforwindspeed,windfarmcapacity,electricaldistancebetweenwindfarmandLCC-HVDCrectifierstationandLCC-HVDCcontrolmode.WhentheDDWFisconnectedtotheLCC-HVDCsendingend,theinteractionbetweenthethermalpowerunitandtheLCC-HVDCwillcausetheDDWFoutputpowertochange.Whentheoutputpowerdeviatesfromthegivenvalue,theGSCcontrollerofDDWFwillrespondquicklytothepowerdeviation,adjusttheactiveandreactivepoweroutputquicklyaccordingtothesystemoperatingconditions,andalleviatethepowerfluctuationcausedbyexternaldisturbance.Inthisprocess,DDWFwillsharethepowerfluctuationofLCC-HVDCwiththermalpowerunits,weakenthesub-synchronousinteractionbetweenthermalpowerunitsandLCC-HVDC,andenhancetheSSTIdampingofthermalpowerunits.Thesimulationresultsoftypicalsystemsshowthatabout27%ofthesub-synchronouscurrentinLCC-HVDCisabsorbedafterDDWFisincorporatedintotheLCC-HVDCtransmissionsystem.Themainresultsofthispaperareasfollows:(1)ThePSCAD/EMTDCtimedomainsimulationmodelofthesystemisestablishedfortheDDWFandthermalpowerunitsbundledbyLCC-HVDCtransmissionsystem,andthesmallsignalmodelofthesystemisestablishedbyblockmodelingmethod.Thecorrectnessofthesmallsignalmodelisverifiedbycomparingwiththestepresponseoftheelectromagnetictransientmodel.(2)WhenDDWFisnotconnectedtothesystem,thesub-synchronousinteractionbetweenthethermalpowerunitandLCC-HVDCwillaggravatetheexternaldisturbance,andthethermalpowerunithasSSTIrisk.AfterDDWFisconnectedtothesendingendofLCC-HVDC,thefastresponseofGSCcanreplacethethermalpowerunittobearpartoftheDCpowerchange,reducethesub-synchronousinteractionbetweenthethermalpowerunitandLCC-HVDC,indirectlyimprovethesystemdampingandreducetheriskofsystemoscillation.(3)WhenthecapacityofDDWFincreasesandthewindspeedincreases,thedampingofSSTIincreases.WhentheelectricaldistancebetweenDDWFandLCC-HVDCrectifierstationincreases,thesystemdampingdecreases.TheSSTIdampingofLCC-HVDCrectifiersideconstantcurrentcontrolislargerthanthatofconstantpowercontrol,andtheSSTIdampingofinvertersideconstantDCvoltagecontrolislargerthanthatofconstantturn-offanglecontrol.

作者:高本锋   董涵枭   卢亚军   钟启迪 Author:GaoBenfeng   DongHanxiao   LuYajun   ZhongQidi
作者单位:河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学)保定071003国网经济技术研究院有限公司北京102209
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(7)
分类号:TM712
关键词:电网换相换流器高压直流输电  直驱风电场  特征值分析  轴系扭振  风火打捆  
Keywords:Line-commutated-converterbasedhighvoltagedirectcurrent(LCC-HVDC)  direct-drivewindfarm(DDWF)  eigenvalueanalysis  sub-synchronoustorsionalinteraction(SSTI)  wind-thermalbundled  
机标分类号:TM721.1O342TM614
在线出版日期:2024年4月12日
基金项目:国家重点研发计划直驱风电场并网对直流输电引起的火电机组轴系扭振影响机理分析[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(7)高本锋  董涵枭  卢亚军  钟启迪火电机组与电网换相换流器高压直流输电(LCC-HVDC)间的次同步交互作用会引发火电机组轴系扭振(SSTI),而直驱风电场(DDWF)接入LCC-HVDC送端对SSTI阻尼特性的影响与机理尚未明确,相关研究有待开展.针对上述问题,该文基于...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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