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新能源发电正负序调控下多变流器并网系统小信号稳定性建模与分析

批准号:
52107196
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
朱建行
依托单位:
学科分类:
电力电子学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱建行

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
新能源大规模开发利用是我国能源战略的重要组成部分,其中负序电流控制是实现新能源可靠并网和消纳的关键技术之一,如何评估负序电流控制为新能源发电系统带来的失稳风险是亟需解决的技术难题。具备正负序电流控制时,新能源发电并网变流器呈现较强的非线性周期时变特征,因此本项目提出利用线性周期时变(LTP)理论揭示正负序调控下新能源发电系统的小信号稳定机理。首先,建立新能源发电正负序调控下多变流器并网系统LTP状态空间模型和无穷阶谐波状态空间(HSS)模型,以满足系统稳定性判定和稳定性主导因素分析的需要;其次,提出无穷阶HSS模型合理截断的理论依据,改进LTP系统稳定机理分析方法,进而研究正负序控制对系统稳定性及相互作用机理的影响规律;最后,基于稳定机理分析结果,提出优化控制设计方案和参数优化机制,以提升各类工况下的系统稳定性。本项目成果为新能源发电作为主力电源下的现代电力系统安全稳定运行提供理论支撑。
英文摘要
Large-scale development and utilization of renewable energy is an important part of energy strategy in China, and the negative sequence current control is one of the key technologies to achieve reliable grid connection and consumption of renewable energy. Therefore, how to evaluate the instability risk caused by negative sequence current control for renewable power generation systems is an urgent technical problem to be solved. With positive and negative sequence current control, the grid-connected converters of renewable power generation present strong nonlinear periodic time-varying characteristics. Therefore, this project proposes to use linear periodic time-varying (LTP) theory to reveal the small-signal stability mechanism of renewable power systems under positive and negative sequence control. Firstly, the LTP state-space model and infinite order harmonic state space (HSS) model of multiple grid-connected-converter system under positive and negative sequence control of renewable energy power generation are established to meet the needs of system stability judgment and stability dominant factor analysis. Secondly, the theoretical basis of reasonable truncation for infinite order HSS model is proposed, which improves the stability mechanism analysis method of LTP system, then the influence of positive and negative sequence control on the stability and the interaction mechanism is analyzed. Finally, based on the analysis results of the stability mechanism, the optimal control design scheme and parameter optimization mechanism are proposed to improve the system stability under various grid conditions. The achievements of this project provide theoretical support for the safe and stable operation of modern power systems with renewable power generation as the main power source.
负序控制作为提升新能源并网可靠性的重要手段之一,评估其为新能源多机并网系统稳定性将成为新能源为主体的新型电力系统亟待解决的技术难题。然而,现有现有研究大多针对三相电网电压平衡等理想电网条件,并基于线性时不变(LTI)理论进行了广泛的研究,却较少研究正负序调控下多变流器并网系统小信号稳定性。为此,本项目围绕新能源正负序调控下多变流器并网系统准确建模与稳定机理量化分析开展了深入的研究工作,并取得了如下创新成果:.1)基于轨迹线性化小信号建模方法,建立能够准确表征新能源正负序调控下多变流并网系统的小信号模型,即线性周期时变(LTP)模型,解决了现有方法凭借经验忽略部分环节导致的模型不准的难题。.2)针对LTP模型仅能实现系统稳定性判定的不足,提出基于Fourier 级数展开和谐波平衡原理的谐波状态空间(HSS)模型进行补充,为深入研究系统稳定机理提供模型基础。.3)针对理论上的无穷阶HSS模型,提出利用LTP模型Floquet特征指数作为无穷阶HSS模型合理截断的理论依据,实现了模型准确度和计算速度之间的平衡,以适应多机系统分析。.4)基于合理截断的HSS模型和参与因子分析方法,明确了主导系统稳定的关键环节,揭示了新能源正负序调控下的耦合机制。.5)基于Floquet理论分析关键系统参数影响系统稳定的变化规律,为系统稳定性提升提供理论支撑。.结合本项目研究,已发表SCI论文4篇(均为IEEE汇刊期刊),EI期刊论文1篇。并培养国家一级学位优博1名,在读博士生4名和在读硕士生2名。项目负责人受邀参加IEC TC 8/SC 8A/JWG5工作组,并担任华中科技大学学报(自然科学版)“电力电子化电力系统安全稳定”专刊编委。研究成果获得中国电源学会优秀博士学位论文奖(全国仅5项)、华为公司数字能源首届难题项目火花奖(全国仅4项)等奖励。
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