风电场与柔直送端MMC换流站交互振荡机理及抑制方法研究

The flexible dc transmission has become the main direction for grid integration of large-scale long-distance offshore wind farms. However, the wideband oscillation issues between the wind farm and flexible dc transmission system are prominent, whose mechanism is still not clear by now. The research is not sufficient so that the effective technical and theory system has not been formed yet. This project will focus on the modeling, mechanism analysis and suppression methods of the wideband oscillations between the wind farm and the sending-end modular multilevel converter (MMC) station of the flexible dc transmission system. Through the research of this project, the refined frequency-domain modeling methods for the key devices with multi-bandwidth control loops, such as doubly-fed wind turbine generator, direct-drive wind turbine generator and MMC, will be given systematically. The dynamic equivalent aggregation model of the wind farm suitable for the wideband oscillation characteristics analysis will be established. On this basis, this project will study the frequency-domain reduced-order mechanism analysis method for the wideband oscillations in the interconnected system of the wind farm and the sending-end MMC converter station, reveal the generating mechanism of the wideband oscillations. On the basis of the mechanism analysis, this project will finally put forward the parameter tuning and controller structure optimization schemes for the key devices to improve the stability of the MMC-HVDC connected wind farm, and meanwhile explore the stabilization control methods of the interconnected system by utilizing the multiple control degrees of freedom of the MMC. This project will provide theory guidance and technical support for the stable operation and design of the flexible dc transmission projects with wind farms. This project is of great value in both theory and practice.

柔性直流输电已成为大规模远距离海上风电电能传输的主要方向。然而，风电孤岛柔性直流送出场景下的宽频振荡问题突出，其机理不明，研究尚不充分，尚未形成有效的技术理论体系。本项目重点聚焦多带宽控制下风电场与柔直送端MMC换流站间宽频振荡的建模、机理分析与抑制方法研究。通过本项目的研究，将系统性地给出多带宽控制下双馈和直驱风电机组、MMC换流器等关键装备的精细化频域建模方法，建立适用于宽频振荡特性分析的风电场动态等值聚合模型。在此基础上，研究风电场-MMC柔直互联系统宽频振荡的频域降阶机理化分析方法，揭示其宽频振荡产生机理。在机理分析的基础上，本项目将最终提出改善风电场-MMC柔直互联系统稳定性的关键装备参数整定与控制结构优化方案，同时探索利用MMC多控制自由度特点的互联系统稳定控制方法。本项目的研究可为风电场-柔直并网工程的稳定运行与设计提供理论指导与技术支撑，具有重要的理论意义与应用价值。

基于模块化多电平换流器（MMC）的柔性直流输电已成为大规模远距离风电电能传输的主要方式，近年来国内已建成投运多个风电柔直并网工程。然而，风电场经柔性直流孤岛送出系统存在严峻的宽频振荡风险，已投运的实际工程均出现了不同频段的振荡现象，振荡频带宽（数Hz~数kHz），振荡现象前所未见，亟需阐明机理，提出有效的宽频振荡抑制措施。.本项目针对风电场经 MMC-HVDC 并网的宽频振荡问题开展了如下研究工作。利用模块化建模思想，建立了考虑机侧系统、多带宽控制环节和频率耦合的双馈和永磁直驱型主流风电机组的精细化宽频阻抗模型；为简化分析并且保证宽频振荡分析的准确性，提出了保持聚合前后频域特性一致性的风电场动态等值聚合建模方法；利用谐波状态空间法建立了计及内部动态、正负序控制和频率耦合的MMC精细化多输入多输出宽频阻抗模型；分析了不同环节对风电机组和MMC换流器阻抗特性的影响规律，明确了不同频段阻抗特性的主导影响因素；在此基础上，建立了风电场-MMC柔直互联系统的频域降阶机理分析模型，揭示了该互联系统宽频振荡的产生机理及其关键影响因素和影响规律；在宽频振荡机理分析的基础上，针对不同频段（如次/超同步频段、中高频段等）提出了相应的振荡抑制方法，包括控制参数优化、控制结构优化、有源阻尼控制（如虚拟阻抗、虚拟导纳等）；为适应不同运行工况和振荡频率大范围变化情况，提出了基于参数自调整的自适应宽频振荡抑制策略，能够有效抑制不同频段的振荡现象；为充分利用MMC多控制自由度的特点，提出了基于改进能量控制的风电-柔直并网系统次同步振荡抑制方法。.本项目初步建立了一套风电柔直并网系统的宽频振荡建模、分析和抑制方法体系，可为风电-柔直并网系统的设计与稳定运行提供理论指导和技术支撑。同时，本项目的相关研究成果已应用于张北新能源柔直并网工程、如东海上风电柔直并网工程、渝鄂柔直工程等。