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基于电网跟随型双馈感应发电机风电机组与电网形成型变流器在机电时间尺度下的暂态稳定性分析
Transient Stability Analysis Between Grid-Following DFIG-WT and Grid-Forming Converter in Electromechanical Timescale
| 作者 | Wangqianyun Tang · Waisheng Zheng · Baorong Zhou · Ziqian Yang · Ye Zhang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Energy Conversion |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | 构网型GFM 跟网型GFL |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 双馈感应风力发电机 电压源换流器 机电耦合 暂态同步稳定性 失步现象 |
语言:
中文摘要
由于暂态控制切换,基于电网跟随的双馈感应发电机型风力发电机组(GFL - DFIG)的机电动态特性会被激发,并与基于电网形成的电压源换流器(GFM - VSC)发生显著的相互作用。因此,在日益电力电子化的系统中会出现新的机电同步问题。机械相位与电气相位之间的耦合特性反映了装置的有功功率不平衡与内部电压相位之间的关系,这对于理解同步过程至关重要。本文揭示了GFL - DFIG与GFM - VSC之间的非线性机电耦合特性,并分析了它们之间的暂态同步稳定性。首先,从功率不平衡激励和内部电压响应的角度建立了解析模型。然后,运用“柔性耦合”的概念定量分析了虚拟转子位置与相对内部电压相位之间的机电耦合特性。最后,分析了GFL - DFIG与GFM - VSC之间的暂态同步机制,并发现了一种新的暂态失稳约束条件。此外,还讨论了失步现象以及关键因素的影响原理。
English Abstract
Due to the transient control switch, the electromechanical dynamic of grid-following-based doubly fed induction generator-based wind turbine (GFL-DFIG) would be excited and significantly interact with grid-forming-based voltage-source converter (GFM-VSC). So that new electromechanical synchronous issues would occur in the becoming power-electronized system. The coupling characteristic between mechanical and electrical phases, which reflects the relationship between unbalance active power and internal voltage phase of apparatus, is crucial for understanding the synchronous process. This paper reveals the nonlinear mechanical-electrical coupling and analyzes the transient synchronous stability between GFL-DFIG and GFM-VSC. Firstly, the analytical model is proposed from the perspective of unbalanced power excitation and internal voltage response. Then, the mechanical-electrical coupling characteristic between virtual rotor position and relative internal voltage phase is quantitatively analyzed by employing concept of ‘flexible coupling’. Finally, the transient synchronization mechanism between GFL-DFIG and GFM-VSC is analyzed and a novel transient instability constraint is found. The loss-of-synchronization phenomenon and influence principles of key factors are also discussed.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇论文揭示的跟网型双馈风机(GFL-DFIG)与构网型变流器(GFM-VSC)之间的机电暂态稳定性问题,对我们储能系统和新能源并网解决方案具有重要指导意义。
随着新能源渗透率提升,电网正从传统同步机主导向电力电子化系统转变。论文指出的"机电耦合特性"本质上反映了不平衡功率与设备内电压相位的非线性关系,这正是我们构网型储能变流器在实际并网运行中面临的核心挑战。阳光电源作为全球领先的储能系统供应商,已在构网型技术路线上深度布局,该研究提出的"柔性耦合"分析方法和暂态失稳约束条件,可直接应用于我们PowerTitan等大型储能产品的控制策略优化,提升系统在复杂电网环境下的同步稳定性。
特别值得关注的是,论文揭示的GFL-DFIG与GFM-VSC之间的相互作用机理,对风光储一体化项目具有实战价值。在我们承接的大型新能源基地项目中,往往需要协调风电场和光伏电站的并网特性,该研究提供的失步机理分析框架,有助于我们设计更鲁棒的协调控制策略,避免机电振荡引发的连锁脱网事故。
从技术成熟度看,该研究仍处于理论分析阶段,向工程应用转化需要大量实测数据验证。建议我们的中央研究院跟踪相关成果,结合自主开发的硬件在环测试平台进行验证,将其纳入下一代构网型逆变器的自适应控制算法库,强化阳光电源在高比例新能源并网技术领域的竞争优势。