集群風(fēng)場(chǎng)系統(tǒng)鏈?zhǔn)絊VG高頻諧振分析與抑制

陳繼開，祝世啟，王瑞全，李浩茹，邊 競(jìng)，李國(guó)慶

集群風(fēng)場(chǎng)系統(tǒng)鏈?zhǔn)絊VG高頻諧振分析與抑制

陳繼開，祝世啟，王瑞全，李浩茹，邊 競(jìng)，李國(guó)慶

(現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制與綠色電能新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北電力大學(xué))，吉林 吉林 132012)

針對(duì)含鏈?zhǔn)届o止無(wú)功發(fā)生器(static var generator, SVG)的風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振問(wèn)題，首先采用諧波線性化的方法建立包含鎖相環(huán)、功率外環(huán)以及電流內(nèi)環(huán)在內(nèi)的SVG諧波阻抗模型。利用阻抗分析法對(duì)風(fēng)場(chǎng)區(qū)域空載線路投入對(duì)SVG穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析，揭示風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振的發(fā)生機(jī)理。然后，為抑制系統(tǒng)高頻諧振，提出一種基于電壓前饋附加帶阻濾波器的SVG高頻諧振抑制策略。對(duì)SVG側(cè)中高頻段等效阻抗進(jìn)行重塑，以保證在該頻段系統(tǒng)呈正阻尼狀態(tài)。并討論帶阻濾波器中心頻率和阻尼系數(shù)對(duì)系統(tǒng)相位裕度的影響。最后利用搭建的含鏈?zhǔn)絊VG風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)仿真模型，驗(yàn)證了理論分析的正確性和所提抑制策略的有效性。

鏈?zhǔn)絊VG；高頻諧振；抑制策略；帶阻濾波器；阻抗重塑

0 引言

近些年，風(fēng)力發(fā)電作為技術(shù)最成熟、最具規(guī)?；_發(fā)潛力的可再生能源發(fā)電技術(shù)得到廣泛運(yùn)用[1-2]。截至2021年10月，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量約為3.0億kW，同比增長(zhǎng)30.4%，并提出到2030年風(fēng)電、太陽(yáng)能總裝機(jī)容量達(dá)到12億kW及以上[3]。伴隨著風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)，鏈?zhǔn)絊VG因具有響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償中[4-5]，但是隨著SVG等無(wú)功補(bǔ)償裝置并網(wǎng)數(shù)量的增加，風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)寬頻帶諧振問(wèn)題也開始顯現(xiàn)。有研究表明，風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)易發(fā)生諧振頻段為500～2000 Hz[6]，2013年廣東某風(fēng)場(chǎng)以及新疆某風(fēng)場(chǎng)就分別出現(xiàn)了頻率為650 Hz和1000 Hz的高頻諧振現(xiàn)象[7]，而電力電子無(wú)功補(bǔ)償裝置的大量接入無(wú)疑進(jìn)一步增加了集群風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振問(wèn)題分析的難度。

目前，電力電子化電力系統(tǒng)的高頻諧振問(wèn)題已在柔性高壓直流輸電工程中有所顯現(xiàn)，研究人員從工況切換條件下的換流站系統(tǒng)阻抗入手，對(duì)高頻帶系統(tǒng)的穩(wěn)定性和失穩(wěn)條件進(jìn)行了探索。文獻(xiàn)[8]以魯西背靠背直流工程為例，建立了MMC-HVDC系統(tǒng)內(nèi)換流站的精確模型，并結(jié)合阻抗穩(wěn)定性理論從有源諧振和無(wú)源諧振兩個(gè)層面揭示柔性直流系統(tǒng)高頻諧振的發(fā)生機(jī)理。文獻(xiàn)[9-11]基于諧波線性化的方法建立了MMC交直流側(cè)系統(tǒng)等效模型，并通過(guò)附加有源阻尼、控制器參數(shù)優(yōu)化以及電壓前饋串聯(lián)濾波器等方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)高頻諧振的抑制。由于MMC換流站和SVG功率電路均采用模塊化級(jí)聯(lián)拓?fù)?，所以上述文獻(xiàn)的研究方法對(duì)分析風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振問(wèn)題也具有借鑒意義。對(duì)于風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振問(wèn)題，業(yè)內(nèi)研究重點(diǎn)主要集中在風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)間高頻帶等效阻抗關(guān)系的分析，從風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)整體系統(tǒng)魯棒性的角度解釋系統(tǒng)高頻諧振發(fā)生原因。文獻(xiàn)[12]以直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立了基于風(fēng)機(jī)變流器控制的阻抗模型，利用阻抗分析法分析系統(tǒng)高頻諧振的發(fā)生機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[13]提出了基于DFIG的風(fēng)力發(fā)電機(jī)綜合阻抗模型，分析了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒖刂破鲄?shù)以及鏡像頻率耦合對(duì)系統(tǒng)高頻諧振的影響。文獻(xiàn)[14]針對(duì)雙饋風(fēng)場(chǎng)與電壓源型高壓直流輸電系統(tǒng)(VSC-HVDC)的高頻穩(wěn)定性問(wèn)題，揭示了基于無(wú)鎖相環(huán)直接功率控制的雙饋風(fēng)電互聯(lián)系統(tǒng)高頻諧振發(fā)生機(jī)理，并提出一種基于延時(shí)消除的高頻諧振抑制策略。文獻(xiàn)[15]分析了雙饋風(fēng)機(jī)輸出功率、轉(zhuǎn)子速度以及輸電線路長(zhǎng)度等對(duì)雙饋風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性的影響，指出長(zhǎng)輸電線路的對(duì)地電容是影響系統(tǒng)高頻諧振的主要因素。文獻(xiàn)[16]充分考慮機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器的影響，建立不同補(bǔ)償方式下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)阻抗模型，揭示雙饋風(fēng)場(chǎng)高頻諧振發(fā)生機(jī)理，并提出了附加阻尼的高頻諧振抑制策略。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)分析可知，風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振的研究目前主要還是圍繞風(fēng)機(jī)變流器本體控制變化(或電網(wǎng)阻抗)導(dǎo)致的高頻帶系統(tǒng)穩(wěn)定性下降問(wèn)題進(jìn)行分析，并沒(méi)有考慮集群風(fēng)場(chǎng)匯流站中大容量鏈?zhǔn)絊VG在系統(tǒng)高頻諧振中的作用。鑒于上述問(wèn)題，本文以含鏈?zhǔn)絊VG風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析空載線路投入后SVG發(fā)生高頻諧振的根本原因，首先建立包含鎖相環(huán)、功率外環(huán)以及電流內(nèi)環(huán)的正負(fù)序諧波阻抗模型，通過(guò)阻抗分析解釋風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振的發(fā)生機(jī)理，并進(jìn)一步討論電流內(nèi)環(huán)和功率外環(huán)參數(shù)對(duì)含鏈?zhǔn)絊VG風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性的影響，繼而提出一種基于電壓前饋附加帶阻濾波器的高頻諧振抑制策略，最后通過(guò)仿真驗(yàn)證理論分析的正確性和所提抑制策略的有效性。

1 含鏈?zhǔn)絊VG風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)

1.1 風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與諧振問(wèn)題

我國(guó)北部風(fēng)電風(fēng)場(chǎng)分布較為集中，距離較近的多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)220 kV(或110 kV)饋線集中接入?yún)R流站，經(jīng)匯流站升壓后將電能送入輸電網(wǎng)。某集群風(fēng)場(chǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在風(fēng)場(chǎng)匯流站內(nèi)35 kV低壓側(cè)配置H橋級(jí)聯(lián)的鏈?zhǔn)絊VG，并通過(guò)35 kV/66 kV兩繞組變壓器與三繞組升壓變壓器相連，用以滿足風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)的無(wú)功需求。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，集群風(fēng)場(chǎng)區(qū)域存在寬頻帶系統(tǒng)諧振問(wèn)題。文獻(xiàn)[17]以永磁同步型風(fēng)場(chǎng)為研究背景，分析了變流器控制器參數(shù)、負(fù)載條件以及電網(wǎng)強(qiáng)弱與風(fēng)場(chǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)高頻諧振的關(guān)系，指出風(fēng)機(jī)網(wǎng)側(cè)變流器電流內(nèi)環(huán)控制與高頻帶寬鎖相環(huán)相互作用是引發(fā)系統(tǒng)高頻諧振的重要原因。文獻(xiàn)[18]針對(duì)弱電網(wǎng)下雙饋型風(fēng)場(chǎng)高頻諧振現(xiàn)象進(jìn)行研究，利用阻抗分析方法研究了雙饋風(fēng)機(jī)與VSC-HVDC組成的復(fù)雜系統(tǒng)高頻諧振發(fā)生機(jī)理，指出VSC控制延時(shí)是導(dǎo)致高頻諧振出現(xiàn)的重要誘因，證明并網(wǎng)變流器控制延時(shí)與風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振存在密切關(guān)聯(lián)。文獻(xiàn)[19]研究了集群風(fēng)場(chǎng)匯流站內(nèi)靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)機(jī)間交互對(duì)集群風(fēng)場(chǎng)穩(wěn)定性的影響，指出機(jī)間高頻諧波環(huán)流不但可能導(dǎo)致SVG鏈內(nèi)子模塊直流電壓失衡，當(dāng)諧波超標(biāo)觸發(fā)高頻分量保護(hù)裝置動(dòng)作切除一臺(tái)SVG時(shí)，另一臺(tái)SVG輸出的高次諧波還可能污染區(qū)域電網(wǎng)，繼而引發(fā)系統(tǒng)高頻諧振?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，圍繞集群風(fēng)場(chǎng)并網(wǎng)變流器高頻諧振問(wèn)題，本文以匯流站內(nèi)并網(wǎng)鏈?zhǔn)絊VG為研究對(duì)象，對(duì)風(fēng)場(chǎng)區(qū)域空載線路投入導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)變流器高頻諧振發(fā)生的機(jī)理和抑制方法展開研究。

圖1 集群風(fēng)場(chǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 鏈?zhǔn)絊VG控制原理

圖2 鏈?zhǔn)絊VG控制框圖

2 基于諧波線性化的風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)阻抗建模

針對(duì)風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)在投入空載線路過(guò)程中出現(xiàn)的高頻諧振現(xiàn)象，建立SVG側(cè)等效阻抗模型。考慮到變流器直流側(cè)電容電壓對(duì)系統(tǒng)高頻諧振特性影響較小[20]，為簡(jiǎn)化分析過(guò)程，在變流器阻抗建模時(shí)忽略直流側(cè)電壓總體控和相內(nèi)控環(huán)節(jié)，主要考慮鎖相環(huán)、功率外環(huán)以及電流內(nèi)環(huán)控等環(huán)節(jié)。由于鎖相環(huán)和Park變換環(huán)節(jié)將非線性因素引入到控制系統(tǒng)中，導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)頻域變換直接得到控制系統(tǒng)的線性模型，鑒于諧波線性化的方法克服了傳統(tǒng)相量模型在頻域范圍上的局限性以及電磁暫態(tài)模型不可線性化的問(wèn)題，并且由該方法獲得的正負(fù)序阻抗具有明確的物理意義，故本文采用諧波線性化的方法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模。假設(shè)并網(wǎng)點(diǎn)存在正、負(fù)序電壓擾動(dòng)，此時(shí)并網(wǎng)點(diǎn)以及SVG輸出電流的A相時(shí)域表達(dá)式為

對(duì)式(1)、式(2)進(jìn)行傅里葉變換，可以得到其頻域表達(dá)式為

2.1 鎖相環(huán)建模

圖3 同步參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)控制框圖

通過(guò)坐標(biāo)變換可以得到鏈?zhǔn)絊VG輸出電流軸和軸分量的頻域表達(dá)式為

2.2 功率外環(huán)建模

集群風(fēng)場(chǎng)匯流站鏈?zhǔn)絊VG多采用定功率因數(shù)控制模式，功率外環(huán)需根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)有功功率和設(shè)定的功率因數(shù)來(lái)計(jì)算SVG無(wú)功補(bǔ)償參考值，功率外環(huán)控制結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 功率外環(huán)控制框圖

由圖4可以得到鏈?zhǔn)絊VG指令電流表示為

定義網(wǎng)側(cè)電流的A相時(shí)域表示為

根據(jù)SVG補(bǔ)償瞬時(shí)無(wú)功功率理論可知：

將并網(wǎng)點(diǎn)電壓以及網(wǎng)側(cè)電流的時(shí)域表達(dá)式代入式(12)并進(jìn)行傅里葉變換，可以得到無(wú)功功率在頻域下的表達(dá)式為

由式(10)和式(13)可以得到鏈?zhǔn)絊VG指令電流的頻域表達(dá)式為

2.3 電流內(nèi)環(huán)建模

圖5 鏈?zhǔn)絊VG電流內(nèi)環(huán)的控制框圖

由圖5得到電流內(nèi)環(huán)的輸出表達(dá)式為

對(duì)式(16)進(jìn)行反park變換可以得到鏈?zhǔn)絊VG三相調(diào)制波的時(shí)域表達(dá)式，如式(17)所示。

根據(jù)頻域卷積定理，由式(16)和式(17)可得到鏈?zhǔn)絊VG調(diào)制波的頻域表達(dá)式，以A相為例：

由于風(fēng)電機(jī)組等效阻抗在中高頻段主要表現(xiàn)為正阻感性[16]，為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程，本文將集群風(fēng)場(chǎng)等效為阻感性負(fù)載，最后根據(jù)小信號(hào)電壓擾動(dòng)與輸出響應(yīng)電流的關(guān)系可以得到SVG 側(cè)正、負(fù)序諧波阻抗，如式(21)、式(22)所示。

根據(jù)式(21)可以得到SVG側(cè)正序阻抗的理論值，為了驗(yàn)證阻抗模型的正確性，本文通過(guò)頻率掃描法對(duì)仿真系統(tǒng)阻抗進(jìn)行測(cè)量，SVG側(cè)正序阻抗的理論值與測(cè)量值對(duì)比如圖6所示。觀察圖6可知，阻抗模型理論曲線與測(cè)量值基本吻合，驗(yàn)證了本文阻抗建模的正確性。

3 風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振機(jī)理分析及抑制

3.1 風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振機(jī)理分析

圖6 SVG側(cè)等效阻抗理論值與測(cè)量值對(duì)比

圖7 風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)等值電路圖

圖8 風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)阻抗特性圖

由式(21)和式(23)可知，電流內(nèi)環(huán)以及功率外環(huán)PI控制器參數(shù)會(huì)對(duì)SVG側(cè)的阻抗特性產(chǎn)生影響，但是在中高頻段，PI控制器的積分項(xiàng)很小，因此可忽略PI控制器中積分項(xiàng)的影響。針對(duì)電流內(nèi)環(huán)和功率外環(huán)比例系數(shù)對(duì)SVG側(cè)阻抗特性的影響進(jìn)行分析，阻抗特性曲線如圖9所示。由圖9(a)可知，隨著電流內(nèi)環(huán)比例系數(shù)的增加，系統(tǒng)的諧振峰值增大，頻率向高頻偏移，但是SVG側(cè)等效阻抗與電網(wǎng)側(cè)等效阻抗幅值交點(diǎn)處的相位差始終大于180o，系統(tǒng)仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。由圖9(b)可知，隨著功率外環(huán)比例系數(shù)的增加，系統(tǒng)的諧振峰值增大，頻率向高頻偏移，SVG側(cè)等效阻抗的負(fù)阻尼區(qū)減少，系統(tǒng)的相位裕度得到小幅提升，相較于電流內(nèi)環(huán)比例系數(shù)而言，功率外環(huán)比例系數(shù)對(duì)SVG側(cè)阻抗特性的影響較大，但是幅值交點(diǎn)處的相位裕度仍小于零，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

通過(guò)上述分析可知，SVG側(cè)等效阻抗出現(xiàn)負(fù)阻尼是系統(tǒng)發(fā)生高頻諧振的必要條件，SVG側(cè)等效阻抗與電網(wǎng)側(cè)等效阻抗幅值交點(diǎn)處的頻率即為系統(tǒng)的諧振頻率，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)控制器參數(shù)可以在一定程度上改善SVG側(cè)阻抗特性，但無(wú)法保證對(duì)系統(tǒng)高頻諧振的抑制效果，故要從減少SVG側(cè)等效阻抗的負(fù)阻尼區(qū)間和增加風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)相位裕度兩方面入手，構(gòu)建一種新的風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振抑制策略。

圖9 控制器參數(shù)對(duì)SVG側(cè)阻抗特性的影響

3.2 風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振抑制策略

由上節(jié)分析可知，系統(tǒng)發(fā)生高頻諧振的必要條件是SVG側(cè)等效阻抗出現(xiàn)負(fù)阻尼，文獻(xiàn)[16]指出在控制環(huán)中附加濾波器可以阻斷諧波的傳遞路徑，重塑系統(tǒng)等效阻抗。針對(duì)風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)中的高頻諧振問(wèn)題，本文提出了一種基于電壓前饋附加帶阻濾波器的高頻諧振抑制策略，對(duì)SVG側(cè)等效阻抗進(jìn)行重塑，進(jìn)而抑制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的高頻諧振，提高系統(tǒng)的諧波穩(wěn)定性。電壓前饋附加帶阻濾波器控制框圖如圖10所示。

圖10 電壓前饋附加帶阻濾波器控制框圖

在電壓前饋中引入帶阻濾波器后，式(21)可以改寫為

其中：

圖11 帶阻濾波器對(duì)風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)阻抗特性的影響

對(duì)比圖8和圖12可以發(fā)現(xiàn)，電壓前饋中附加帶阻濾波器后，SVG側(cè)等效阻抗的低頻特性未受其影響，由于電壓前饋中串聯(lián)帶阻濾波器增加了系統(tǒng)的阻尼，SVG側(cè)等效阻抗與電網(wǎng)側(cè)等效阻抗的幅值交點(diǎn)向右偏移，由原先的1535 Hz變?yōu)?690 Hz，SVG側(cè)等效阻抗的負(fù)阻尼頻段由原先的470～1615 Hz減小為956～1158 Hz，大大降低了系統(tǒng)發(fā)生高頻諧振的可能性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)SVG側(cè)中高頻段阻抗的重塑。SVG側(cè)等效阻抗與電網(wǎng)等效阻抗幅值交點(diǎn)處的相位裕度由原先的-9.5o增加到40.8o，相位裕度大于30o，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，具有較強(qiáng)的抗諧波干擾能力，可以有效抑制風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)的高頻諧振。

圖12 阻抗重塑后風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)阻抗特性圖

4 仿真驗(yàn)證及分析

為驗(yàn)證風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振機(jī)理分析的正確性以及所提高頻諧振抑制策略的有效性，本文基于RTLAB5600仿真平臺(tái)搭建了含鏈?zhǔn)絊VG的風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)仿真模型，SVG參數(shù)如表1所示。

表1 鏈?zhǔn)絊VG參數(shù)

風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)最初穩(wěn)定運(yùn)行，1 s時(shí)投入空載線路，1.2 s引入高頻諧振抑制策略對(duì)SVG側(cè)高頻等效阻抗進(jìn)行重塑，并網(wǎng)點(diǎn)電壓的整體仿真波形如圖13所示。由圖13可知，在1 s投入空載線路后，風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)由于相位裕度不足而發(fā)生高頻諧振，在1.2 s引入本文提出的高頻諧振抑制策略，系統(tǒng)高頻諧振得到了有效抑制，SVG恢復(fù)正常運(yùn)行。

圖13 并網(wǎng)點(diǎn)電壓波形圖

圖14 投入空載線路前后仿真圖

引入高頻諧振抑制策略前后系統(tǒng)仿真波形以及傅里葉分析結(jié)果如圖15所示。對(duì)比圖14和圖15可知，引入高頻諧振抑制策略后系統(tǒng)交互頻率向高頻方向偏移，由原來(lái)的1550 Hz 和1650 Hz變?yōu)?750 Hz和1850 Hz，與3.1節(jié)理論分析基本一致；并網(wǎng)點(diǎn)電壓的THD由62.16%減少為0.76%，網(wǎng)側(cè)電流THD由原先的49.92%減少為1.65%，SVG輸出電流的THD由原先的121.54%減少為4.54%，諧振現(xiàn)象消失，系統(tǒng)高頻諧振得到有效抑制。

圖15 引入高頻諧振抑制策略前后仿真圖

5 結(jié)論

本文基于阻抗分析理論分析了風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)高頻諧振發(fā)生機(jī)理，歸納出導(dǎo)致風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)發(fā)生高頻諧振的根本原因，并提出一種基于電壓前饋附加帶阻濾波器的高頻諧振抑制策略，通過(guò)理論分析和仿真驗(yàn)證得到以下結(jié)論：

1) 含有鏈?zhǔn)絊VG的風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)在低頻段相位裕度較大，但空載線路投入將導(dǎo)致其在中高頻段存在相位裕度小于零的情況，呈現(xiàn)負(fù)阻尼特性，增加了風(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)發(fā)生高頻諧振的風(fēng)險(xiǎn)。

2) 在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，優(yōu)化鏈?zhǔn)絊VG控制器參數(shù)對(duì)SVG側(cè)阻抗特性的改善效果有限，僅依靠?jī)?yōu)化鏈?zhǔn)絊VG控制器參數(shù)無(wú)法從根本上消除系統(tǒng)高頻諧振。

3) 本文所提的基于電壓前饋附加帶阻濾波器的高頻諧振抑制策略能夠?qū)︼L(fēng)場(chǎng)區(qū)域系統(tǒng)中高頻段阻抗進(jìn)行重塑，提高系統(tǒng)的相位裕度，減少SVG側(cè)等效阻抗的負(fù)阻尼區(qū)間，有效抑制系統(tǒng)高頻諧振的發(fā)生，其調(diào)節(jié)范圍和抑制效果由中心頻率和阻尼系數(shù)共同決定。

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Analysis and suppression of chained SVG high-frequency resonance in a cluster wind farm system

CHEN Jikai, ZHU Shiqi, WANG Ruiquan, LI Haoru, BIAN Jing, LI Guoqing

(Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology (Northeast Electric Power University), Ministry of Education, Jilin 132012, China)

To solve the high frequency resonance problem of a wind field regional system with a chained static var generator (SVG), an SVG harmonic impedance model including phase-locked, power outer and current inner loops is first established by the harmonic linearization method.An impedance analysis method is applied to the unloaded line in the wind field area to analyze the effect on the stability of the SVG. This reveals a high frequency resonance mechanism of the wind field regional system. Then, to suppress the high frequency resonance of the system, an SVG-BASED high frequency resonance suppression strategy based on additional band stop filter is proposed in the voltage feedforward compensator. The equivalent impedance of the SVG side in the middle and high frequency band is reconstructed to ensure that the positive damping state of the system is in the band. The influence of the center frequency and damping coefficient of the band stop filter on the phase margin of the system is discussed.Finally, a simulation model of the wind field area system containing chained SVG is used to verify the correctness of the theoretical analysis and the effectiveness of the proposed suppression strategy.

chained staticvar generator; high frequency resonance; suppression strategy; band stop filter; impedance remodeling

10.19783/j.cnki.pspc.220273

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助(52077030)

This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 52077030).

2022-03-04；

2022-06-09

陳繼開(1977—)，男，博士，教授，研究方向?yàn)殡娔苜|(zhì)量分析與控制、柔性直流輸電技術(shù)等；E-mail: chenjikai1977@163.com

李浩茹(1978—)，女，通信作者，碩士，講師，研究方向?yàn)殡娔苜|(zhì)量分析與控制。E-mail: lihaoru@neepu.edu.cn

(編輯 魏小麗)