风电机组对电力系统暂态稳定性影响分析

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1、第２４卷第２期电力系统及其自动化学报Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．２２０１２年４月ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＵ－ＥＰＳＡＡｐｒ．２０１２风电机组对电力系统暂态稳定性影响分析郝元钊，李培强，李欣然，毕正军，王玲（湖南大学电气与信息工程学院，长沙４１００８２）摘要：风电机组作为环境友好型发电的最大来源在电网中的规模日益扩大，必将影响电力系统的稳定性。文章首先对比了恒速异步（ＣＳＷＴ），双馈变速（ＤＦＩＧ）及直驱同步（ＤＤＳＧ）等市场上广为应用的三种风电机组的结构，分析了各个机组的降阶数学模型；通过一款基于Ｍａｔｌａｂ的电力系统分析工具箱ＰＳＡＴ研究了不同故障持续时间下的风电机组暂态

2、稳定性和系统暂态稳定性，对三种机组及其系统的暂态稳定性进行了分析对比；最后讨论了风力发电机组参数对机组暂态稳定性的影响，得知，发电机参数Ｒｒ的增加和Ｘｒ、Ｘｓ的减小有利于恒速风电机组暂态稳定性的提高，Ｘｍ、Ｒｓ对机组暂态稳定性影响不明显。关键词：电力系统仿真工具箱；风力发电机组；发电机参数；暂态稳定中图分类号：ＴＭ７１２文献标志码：Ａ文章编号：１００３－８９３０（２０１２）０２－００４１－０６ＡｎａｌｙｓｉｎｇｔｈｅＩｍｐａｃｔｏｆＷｉｎｄＰｌａｎｔｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｒａｎｓｉｅｎｔＳｔａｂｉｌｉｔｙＨＡＯＹｕａｎ－ｚｈａｏ，ＬＩＰｅｉ－ｑｉａｎｇ，ＬＩＸｉｎ－ｒａ

3、ｎ，ＢＩＺｈｅｎｇ－ｊｕｎ，ＷＡＮＧＬｉｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｔｈｅｍｏｓｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆｒｉｅｎｄｌｙｓｏｕｒｃｅｏｆｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｔｕｒｂｉｎｅｓａｒｅｅｘｐａｎｄｉｎｇｉｎｔｈｅｇｒｉｄ．Ｉｔｗｉｌｌａｌｓｏｈａｖｅａｂｒｏａｄａｎｄｄｅｅｐｉｍｐａｃｔｏｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｒｅｄ

4、ｕｃｅｄ－ｏｒｄｅｒｍｏｄｅｌｓｉｓｍａｄｅａｍｏｎｇｔｈｒｅｅｍａｉｎｌｙｕｓｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｗｈｉｃｈａｒｅｃｏｎｓｔａｎｔｓｐｅｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ（ＣＳＷＴ），ｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ）ａｎｄｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＤＳＧ）．ＴｈｅｎａＭＡＴＬＡＢ－ｂａｓｅｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍａｎａｌｙｓｉｓｔｏｏｌｂｏｘ（ＰＳＡＴ）ｉｓｕｓｅｄｆｏｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｒｅｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｕｌｔｃｌ

5、ｅａｒｉｎｇｔｉｍｅ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＡｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｓｄｒａｗｎｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＲｒａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｏｆＸｒ，Ｘｓｉｓｂｅｎ－ｅｆｉｔｔｏｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍａｎａｌｙｓｉｓｔｏｏｌｂｏｘ（ＰＳＡＴ）；ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ；ｇｅｎｅｒａｔｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｔａｂｉｌｉｔｙ当前，低碳排放已成为世界工业经济发展

6、的力系统暂态稳定性的影响十分必要。必然趋势。风力发电，太阳能光伏发电等新能源技文献［６］根据风电场不同容量下的系统稳定术在电网中所占的比重将越来越大。风电场规模的情况提出风电场绝对安全容量的概念。文献［７］概不断扩大势必会对电力系统的动态稳定性带来广述了目前投入市场的各种不同类型的风电机组，详［１～５］泛而深入的影响。不同的风电机组类型，不同细讨论了其不同的结构、原理及彼此相应的对比。的风力发电机参数，不同的电网负荷模型等因素对针对双馈型风力发电机组，文献［８］提出利用暂态电网故障下暂态稳定性的影响是多样的。为了更透稳定指标η与极限切除时间ＣＣＴ（ｃｒｉｔｉｃａｌｃｌｅａｒｉ

7、ｎｇ彻的了解和利用风力发电技术，研究这些因素对电ｔｉｍｅ）共同来评估系统的暂态稳定性。文献［９］基收稿日期：２０１１－０５－０６；修回日期：２０１１－１０－１２基金项目：国家自然科学基金项目（５０９７７０２３）；中国博士后科学基金项目（２０１００４７１２１１）；湖南省自然科学基金项目（１０ＪＪ９０２３），（１０ＪＪ２０４３）·４２·电力系统及其自动化学报第２４卷于功角，频率两种稳定判据，提出一个在两种运行子转速；Ｈｔ与Ｈｍ分别为风轮转子惯性时间常数方式下，采用３种扰动方式的风电场极限穿透功率与发电机转子