静止无功补偿装置实现风电场广域谐波振荡抑制的作用机理和控制方法

The sub-synchronous and super-synchronous resonance may happen in the impedance interacting effect between the power grid and increasing number of power electronic devices(such as wind turbine inverters, static VAR generator (SVG), etc.), which has become a serious problem that affects the safety of power grid and the integration of grid-connected wind turbines. Motivated by this, this project focuses on three scientific issues about SVG and wind farm, which are impedance frequency characteristics, interacting effects and resonance suppression. The major innovative works are to：.1. analyze quantitatively the nonlinear influence and frequency coupling effect of SVG impedance, and characterize accurately the wide-frequency-range sequence impedance of SVG, based on sequence impedance modeling method;.2. model the unified sequence impedance of power electronic devices in the wind farm, analyze the interaction between SVG, inverters and power grids in the frequency domain, and reveal the mechanism of broadband harmonic resonance suppression of SVG in the wind farm;.3. study the key technologies of SVG impedance including multi-dimensional design optimization and impedance shaping derivation of divided frequency ranges, and propose a novel active damping control scheme for wide-frequency-range harmonic resonance..This project proposes a SVG-based impedance control method from the system level, which can effectively suppress wide-frequency-range harmonic resonance in wind farms, and provides new solutions to harmonic resonance problems in distributed generation.

风电场中大量存在的电力电子装备(含风机并网逆变器、静止无功补偿器等)与电网之间的阻抗交互影响可能引起次/超同步振荡问题，该问题目前已成为影响电网安全和制约风电并网的重要技术问题。项目围绕静止无功补偿器(SVG)和风电场的阻抗频率特征、交互频域影响与广域谐振抑制三方面科学问题开展研究工作：1.应用序阻抗建模分析方法，定量分析SVG阻抗的非线性影响因素和频率耦合效应，准确刻画SVG广域序阻抗特征。2.构建风电场电力电子装备的统一序阻抗模型，深入分析SVG与并网点两侧的频域交互影响，揭示应用SVG实现风电场谐波振荡抑制的作用机理与影响规律。3.突破SVG阻抗的多维度设计优化与分频段塑形控制推衍等关键技术，提出具备广域谐波振荡主动阻尼能力的新型控制方案。本项目提出基于SVG的系统级阻抗控制方法，在宽频率范围内实现风电场谐波振荡的有效抑制，为解决分布式发电谐波振荡问题提供新的研究思路和技术完善途径。

风电场中大量存在的电力电子装备(含风机并网逆变器、静止无功补偿器等)与电网之间的阻抗交互影响可能引起次/超同步振荡问题，该问题目前已成为影响电网安全和制约风电并网的重要技术问题。本项目以风电场谐波振荡问题作为研究对象，以序阻抗分析方法作为研究手段，重点针对SVG和风电场的阻抗频率特性、交互频域影响与广域谐振抑制等科学问题开展研究工作：.1）应用多重谐波矩阵线性化方法，分析SVG功率电路和控制电路的稳态谐波特征和小信号谐波特性，推导SVG的序阻抗数学解析模型；定量分析SVG阻抗的非线性影响因素和频率耦合效应，揭示在不同频域范围内的SVG阻抗特性变化规律；基于谐波等效与控制聚合建立具有物理释义的SVG简化阻抗模型，准确刻画SVG的广域序阻抗物理特征。.2）基于统一序阻抗坐标，对风电场的其他电力电子装备与电网元件进行频率特性建模分析，进而构建风电场电力电子装备的统一序阻抗模型；完善基于统一序阻抗模型的推广奈奎斯特稳定判据，提出精确量化评估风电场谐波振荡与稳定特性的分析方法；深入分析SVG与并网点两侧的频域交互影响，揭示应用SVG实现风电场谐波振荡抑制的作用机理与影响规律。.3）基于增强谐波交互抑制目标，实现SVG功率拓扑、滤波器阻尼与控制环路的多维度设计优化；集成SVG的阻抗优化设计与主动阻抗控制关键技术，研究风电场谐波振荡阻尼的极限阙值与最优控制参数的计算方法；在SVG阻抗数学模型和概要物理释义的分析基础之上，系统推衍SVG序阻抗的塑形控制技术方案，提出基于分频段复合虚拟阻抗控制的宽频带阻抗塑造控制方案。.本项目准确描述了SVG的广域频率特征，探究风电场中阻抗交互作用和系统稳定判据，揭示风电场电力电子设备与电网之间广域谐波振荡的产生机理，提出增强谐波交互抑制的优化阻抗设计与主动阻抗控制方法，在宽频率范围内实现风电场谐波振荡的有效抑制，为解决分布式发电谐波振荡问题提供新的研究思路和技术完善途径。