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能源危机和环境污染的不断加剧，推动着以风力发电为代表的可再生清洁能源的大规模开发利用。在源源不断为社会的可持续发展提供可再生清洁电力的同时，风力发电机组也因显著区别于传统同步发电机的运行特性为电力系统的安全稳定运行带来了新的威胁与挑战。
由于风机控制器参数设置不合理或风机与电网内其他装备之间的相互作用将会引发新型振荡问题，如等幅振荡等。虽然等幅振荡期间风机系统并没有不断发散至失稳而是维持在稳定的振荡运行状态，但这种振荡仍然对电力系统的安全稳定运行构成重大威胁，是电力系统正常运行所不能接受的，应加以预防与抑制。以现有的文献来看，国内外针对电压源型并网变换器以及直驱风机并网系统的等幅振荡问题已开展相关研究工作，但鲜有针对双馈风机等幅振荡问题的研究成果。
目前风电装机容量中占比最高的为双馈型风力发电机，因此，为更全面的认识双馈风机等幅振荡问题，以提高大规模风电并网的安全稳定性，本文从双馈风机控制器内部重要的非线性环节——锁相环入手，研究了锁相环动态影响下双馈风机等幅振荡发生的原因、演变规律以及系统在等幅振荡期间的行为特征等。
本文的主要内容如下：
首先，对双馈风机的工作原理及控制策略进行分析概括，基于此在电流时间尺度下搭建了考虑锁相环动态的适用于分析双馈风机等幅振荡问题的数学模型，并在MATLAB/Simulink环境中搭建了对应的时域仿真模型，为后续章节进行时域仿真分析奠定基础。
其次，对电力系统中传统次同步振荡问题研究时常用的几种分析方法及工具的优缺点进行归纳、对比，选择了模态分析法、时域仿真法、希尔伯特-黄变换等作为双馈风机等幅振荡问题分析的主要方法及工具。根据对双馈风机模态分析后所得结果预测了等幅振荡的发生，通过时域仿真结果对预测进行了验证，这一预测-验证过程证明了所选用的分析方法在双馈风机等幅振荡问题中的适用性。最后，结合傅里叶分析和希尔伯特-黄变换初步探索了等幅振荡期间的频率特征。
再者，分析出在考虑非线性环节锁相环的动态时，双馈风机等幅振荡的规律为：随着锁相环带宽的增加，振荡频率不断增加、从稳态演变为等幅振荡所用时间减小、振荡期间的最大/最小值也小幅降低。发现了在锁相环带宽发生变化时系统的锁相环角度有两种发散形式，即振荡幅值单调不减的由稳态演变为等幅振荡和振荡幅值先增加后减小的演变为等幅振荡。进一步的，研究了这两种形式下等幅振荡产生的原因、振荡发散阶段的演化规律及等幅振荡阶段的特征，发现等幅振荡阶段的振荡规律为：1、开始发散时，瞬时幅值的振荡频率为模态分析所得的主导模态的振荡频率，随着系统不断发散，振荡频率平滑下降，最终的振荡频率将会围绕着略低于初始振荡频率的值进行周期振荡；
2、各状态量频率的频率也不断变化，由稳态下的工频值演变为周期变化，变化的周期与等幅振荡阶段幅值的变化周期相同，而且随着带宽的不断增加，瞬时频率围绕着稳态值浮动的范围也不断增加。
由于风机控制器参数设置不合理或风机与电网内其他装备之间的相互作用将会引发新型振荡问题，如等幅振荡等。虽然等幅振荡期间风机系统并没有不断发散至失稳而是维持在稳定的振荡运行状态，但这种振荡仍然对电力系统的安全稳定运行构成重大威胁，是电力系统正常运行所不能接受的，应加以预防与抑制。以现有的文献来看，国内外针对电压源型并网变换器以及直驱风机并网系统的等幅振荡问题已开展相关研究工作，但鲜有针对双馈风机等幅振荡问题的研究成果。
目前风电装机容量中占比最高的为双馈型风力发电机，因此，为更全面的认识双馈风机等幅振荡问题，以提高大规模风电并网的安全稳定性，本文从双馈风机控制器内部重要的非线性环节——锁相环入手，研究了锁相环动态影响下双馈风机等幅振荡发生的原因、演变规律以及系统在等幅振荡期间的行为特征等。
本文的主要内容如下：
首先，对双馈风机的工作原理及控制策略进行分析概括，基于此在电流时间尺度下搭建了考虑锁相环动态的适用于分析双馈风机等幅振荡问题的数学模型，并在MATLAB/Simulink环境中搭建了对应的时域仿真模型，为后续章节进行时域仿真分析奠定基础。
其次，对电力系统中传统次同步振荡问题研究时常用的几种分析方法及工具的优缺点进行归纳、对比，选择了模态分析法、时域仿真法、希尔伯特-黄变换等作为双馈风机等幅振荡问题分析的主要方法及工具。根据对双馈风机模态分析后所得结果预测了等幅振荡的发生，通过时域仿真结果对预测进行了验证，这一预测-验证过程证明了所选用的分析方法在双馈风机等幅振荡问题中的适用性。最后，结合傅里叶分析和希尔伯特-黄变换初步探索了等幅振荡期间的频率特征。
再者，分析出在考虑非线性环节锁相环的动态时，双馈风机等幅振荡的规律为：随着锁相环带宽的增加，振荡频率不断增加、从稳态演变为等幅振荡所用时间减小、振荡期间的最大/最小值也小幅降低。发现了在锁相环带宽发生变化时系统的锁相环角度有两种发散形式，即振荡幅值单调不减的由稳态演变为等幅振荡和振荡幅值先增加后减小的演变为等幅振荡。进一步的，研究了这两种形式下等幅振荡产生的原因、振荡发散阶段的演化规律及等幅振荡阶段的特征，发现等幅振荡阶段的振荡规律为：1、开始发散时，瞬时幅值的振荡频率为模态分析所得的主导模态的振荡频率，随着系统不断发散，振荡频率平滑下降，最终的振荡频率将会围绕着略低于初始振荡频率的值进行周期振荡；
2、各状态量频率的频率也不断变化，由稳态下的工频值演变为周期变化，变化的周期与等幅振荡阶段幅值的变化周期相同，而且随着带宽的不断增加，瞬时频率围绕着稳态值浮动的范围也不断增加。