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双馈异步风力发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)的控制特性比较灵活,在大小型风力发电场中广泛使用。考虑到风电场大多远离负荷中心,而串联电容补偿技术已经成熟,远距离输电时经济成本较低,可用于实现大规模风电场的功率向外输送。针对含DFIG机组风电场利用串联电容补偿技术远距离输电时,可能引起的次同步振荡(Sub-synchronous Oscillation,SSO)现象,进行了以下方面的研究,得到了相关结论。 1、对含DFIG机组风电场经串联电容补偿大规模外送电能过程中引起的次同步振荡,进行了详细的数学建模,包括风能捕获的空气动力学模型,风力机轴系传动系统模型,双馈感应发电机模型,直流电容动态过程模型,转子侧和网侧变频器控制模型,传输线模型等。 2、通过对次同步振荡分析方法适用性的研究,本文选用频率扫描法,特征值法以及时域仿真法相结合的方式对次同步振荡进行了分析。利用频率扫描分析时,易于操作,精度却不够,但仍能发现风速越小、串补度越高时,越容易产生感应发电机效应(induction generator effect, IGE)。利用特征值法分析时,计算量比较大,但可以实现精确分析,同样可得次同步振荡的发生与风速和串补度密切相关。对风电场特有的次同步振荡形式——由风电机组控制器引发的次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)进行了机理分析,研究了转子变换器(rotor side converter,RSC)侧电流内环控制器的参数对SSCI的影响,仿真结果表明RSC侧变换器电流控制内环的比例和积分增益参数越大越容易发生SSCI。 3、传统次同步振荡的抑制方案主要是设计附加阻尼控制器或者是利用FACTS装置,设计附加阻尼控制器存在仅适用于单一工况的缺点,FACTS装置抑制次同步振荡需要附加电力设备,增加经济成本。模糊逻辑控制作为一种新颖的控制方法,具有抗干扰能力强,设计过程不需被控对象模型的参数等优点,且双馈风力发电机变速恒频的特性是采用变换器控制实现的,因此考虑将模糊控制应用于含DFIG机组风电场次同步振荡的抑制中。详细说明了模糊控制器的设计过程,并通过仿真验证了设计的模糊控制器对次同步振荡的抑制效果。仿真结果表明参数在线自调整的模糊控制器对含DFIG机组风电场的不同运行工况都具有良好的自适应性,且对次同步振荡具有良好的抑制效果。