双馈风电场次同步振荡建模与分析

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1、第33卷第12期可再生能源Vol.33No.122015年12月RenewableEnergyResourcesDec.2015双馈风电场次同步振荡建模与分析仲振，王宝华（南京理工大学自动化学院，江苏南京210094）摘要：为了对双馈风电场经串联补偿线路外送风电时引起的次同步振荡现象进行分析，根据风电场实际运行情况，建立了基于IEEE第一标准型的次同步振荡模型。首先运用频率扫描法筛选出具有潜在谐振风险的系统运行状态，其次在数学模型的基础上，运用特征值法进行系统的小干扰稳定性分析，对风电场独有的次同步振荡形式，次同步控制相互作用的作用机理进

2、行了阐述，最后利用时域仿真方法分别分析和验证了风速、串联补偿度以及控制器参数对风电场次同步振荡的影响。仿真和分析结果表明，风速越小、串补度越高、RSC电流控制环比例和积分增益参数越大，越容易引起次同步振荡。关键词：双馈风力机；次同步振荡；频率扫描法；特征值法；时域仿真法中图分类号：TK514文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）12-1816-09DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.12.0110引言型，并用特征值法和时域仿真法，分析了风速、大规模开发利用风能已成为我国能源战略的串补度和

3、控制器参数对风电场次同步振荡的影重要组成部分。由于风能资源与负荷中心逆向分响，但缺乏机理层面的分析。文献[8]对双馈风电布，使得大容量、远距离风电外送势在必行，这使场经串补并网机理利用频率扫描和时域仿真的串补电容技术得到了广泛应用，但该技术可能会方法，从机理的层面对次同步振荡进行了分析,诱发风电系统的次同步振荡问题,影响风电基地但未能精确定量的研究次同步振荡的详细特[1]，[2]及外送系统的安全稳定。征。文献[8]针对引起风电场次同步振荡的SSCI，风电机组的次同步振荡问题表现为3种形提出了一种区别IGE和SSCI的方法，但仅是针式，分别

4、为次同步谐振、装置引发的次同步振荡、对单台发电机的状况。文献[9]在利用复转矩系[3]风电机组控制器引发的次同步控制相互作用。数法对双馈风电场次同步振荡的基础上，提出由于风机轴的刚度较小，轴系的自然扭振频率较可以通过附加阻尼控制的方式抑制次同步振低（10Hz），所需引起次同步扭振相互作用的串补荡。文献[10]基于阻抗分析的方法，设计了相应度较高，因此扭振相互作用（TI）并不是风机主要的次同步谐振阻尼控制器，但都缺乏对次同步的次同步振荡问题，而感应发电机效应（IGE）对振荡特征的精确分析。[4]风机的影响较为严重。风电机组控制器与串联本文采

5、取频率扫描法与特征值法相结合的方补偿系统之间的作用（SSCI）是风电机组区别于火法，建立双馈风电场次同步振荡模型，进行了次同[5][4]电机组的一种作用形式。步振荡特征的详细分析，同时对SSCI的作用机目前，关于风力发电系统次同步振荡的产生理进行了详细的阐述，并利用时域仿真的方法对机理、分析方法和抑制措施方面的研究仍然处分析所得结论进行了验证。[1]于起步阶段。较早对风电场次同步振荡的研究1系统模型[5]，[6]主要是鼠笼型风电机组。文献[4]，[7]建立了本文所研究的系统模型是由IEEE第一标准用于双馈风电场次同步振荡特征值分析的模型演

6、变而来，如图1所示。收稿日期：2015-07-22。作者简介：仲振（1992-），山东郓城人，硕士研究生，研究方向为电力系统安全性与稳定性。E-mail:zhongzhen2011vip@sina.com·1816·仲振，等双馈风电场次同步振荡建模与分析100MWis690V161kVieVC表1转子转速和风力机输出功率参考表STable1RelationshipofrotorspeedandwindXTRLXLXCturbineoutputpowerXtgigirRSCGSC风速/m·s-1转子转速/pu机械功率/pu输出转矩/pu70

7、.750.320.43图1风电场并网模型80.850.490.58Fig.1Systemstructure90.950.690.73在系统中100MW的风电场经一个690V/101.050.950.90161kV变压器升压后，通过串联补偿线路连接到111.151.251.09无穷大系统上。其中100MW的风电场是由50个121.251.601.282MW的双馈风力发电机组合而成。文献[8]指出1.2双馈感应电机模型一个组合大规模风电场的动态行为可采用在单机建立双馈风机的数学模型时，采用电动机惯DFIG等值模型表示。文献[11]提出采用单机

8、等值例，定子和转子电流作为状态变量，双馈电机可以模型对风电场进行动态仿真不仅减小了对大量风[16]用一个4阶动态模型表示：机建模的工作量，而且采用等值模型与采用详细X觶=AX+BU（4）模型仿