大规模直驱机组风电场静态稳定分析

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1、2016年2月Feb．2016第44卷第1期(总第242期)Vo1．44No．1(Ser．No．242)大规模直驱机组风电场静态稳定分析SmallSignalStabilityofLargeScaleWindFarmConsistingofDirect—drivePermanentMagnetSynchronousGenerator李伟，管健(吉林省电力勘测设计院，长春130022)摘要：介绍了采用直驱风机风电场接入对电力系统小干扰静态稳定性的影响，对直驱风机风电场的主导振荡模式进行分析，通过实际大规模风场远距离输电系统的算例，对比轴系相关和网侧相关振荡模式的变化规律，得出当系统

2、出力增大时轴系模式主导，系统的静态稳定性与出力基本无关；送电距离增大时网侧模式主导，系统的静态稳定主要由送电距离决定。关键词：风电场；直驱风机；小干扰稳定性；振荡模态中图分类号：TM614；TM744．4文献标志码：B文章编号：1009—5306(2016)01—0014—03随着建设资源节约型、环境友好型社会的大力推进，我国以风能、光能和核能为代表的新能源的开发利用逐渐加速，其中风能因开发相对较早、技术较成熟而成为新能源开发利用的主要形式。近年来，建设大规模风电基地并通过500kV电压等级远距离外送成为东北、西北等电网较薄弱地区并网型风力发电消纳的主要形式。电网静态稳定性能原本

3、低，风电场的集中接入并远距离送出的情况对系统进行静图1永磁直驱风电机组结构态稳定分析显得尤为迫切]。捉，由于桨距控制环节为以秒计的惯性环节，在小扰直驱式永磁同步发电机组(DPMsG)因单机容动建模时不考虑其影响。其捕获功率为：量大、故障率低、噪音低、系统效率高等优点，被采用Pw一0．5』D7cRCP(，)(1)地越来越多。本文首先建立完整的适应小扰动静态式中：

4、0为空气密度；R为风机叶片半径；w为风速；稳定分析的直驱风力发电机组动态数学模型，在此c为风能利用系数，是桨距角和叶尖速率比基础上对采用直驱风机的实际风电基地送出系统的(一R／w，为风机角速度)的函数，即C一静态稳定性进行

5、了分析，然后对通过某一实际大规f(fl，)。模风电集中送出系统静态稳定参数进行了计算。1．2轴系模型风轮机的转动惯量比发电机转动惯量大，二者1直驱风电机组模型之间联系相对较软，采用双质量块模型更适合小扰动静态稳定分析。模型为：直驱风电机组主要由风机、永磁同步发电机、换1271警一丁D((．01-(．Or)流器及其控制系统等组成，结构见图1，其中P、Q分别为向电网输入的有功功率、无功功率。{l2警，卧D(02,1-(．Or)(2)1．1风力机模型dO风机通过对桨距角的控制进行最大风能的捕_——d收稿日期：2015-09—14作者简介：李伟(1974)，男，工程师，从事电网规划及设计

6、工作。·14·2016年2月吉林电力Feb．2016第44卷第1期(总第242期)JilinElectricPowerVo1．44No．1(Ser．No．242)式中：丁、71为风力机和发电机转子惯性时问常数；j【三s“如s—十一ssz‘sds(7)71为机械转矩；7为电磁转矩；为转子之间连接—Udgiqg一“qgiag—Udgigg刚度系数；D为阻尼系数；、为风力机和发电机式中：“iI’qg分别为直轴、交轴的电压、电流。转子角速度；。为同步角速度；0为相对扭转角度。由式(7)可见，通过靠控制并网的有功功率P，1．3发电机模型通过控制无功功率Q，通过调节电流矢量的轴分除了以永磁体

7、取代励磁绕组，永磁发电机与一量对功率进行解耦控制，可单位功率因数运行。般的同步发电机相似，忽略定子暂态过程后，其在不考虑换流器损耗功率，直流环节的电容动态由旋转坐标系下电压方程为：过程为：Uds=一出+Lq口s(I3)lCuU&d■：UqsZ‘qs—一UdgI‘dg(L8)c。一一ri口一coLi+网侧变流器的控制目标之一就是维持电容电压式中：“U⋯iiqs分别为发电机定子直轴、交轴的处于恒定状态。电压、电流；、L分别为定子的直轴、交轴电感；r为定子电阻；cU是定子电角速度，一npfOr，是风力2静态稳定小干扰分析法发电机极对数量；是风力发电机的永磁体转子磁链，为定值。对相关代数

8、方程合并后风电系统可以由4个微电磁转矩：T一1．5，2p(q+Lqidig一Ldiq。)(4)分方程(2)、(8)和4个代数方程(3)、(7)表示。如果详细考虑换流器控制系统动态过程，该系统阶数至发电机输出电磁功率：少要10阶以上，但都不是主导的低频或弱阻尼振如slQ(5)荡。为了简化分析，4个微分方程组包含了系统的2一blqsid。-IAd。ig个模式：发电机轴系振荡模式和直流环节网侧振荡1．4换流器模型模式，这2个模式为系统主导模式，系统受小扰动后换流器将发电机输出的频率和电