双馈风电场对电力系统阻尼影响的转矩分析
双馈式风力发电机低电压穿越技术分析
双馈式风力发电机低电压穿越技术分析
发布时间：2021-05-28T01:03:01.378Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第4期 作者： 严明1 王兴国2 贾鹏飞2
[导读] 风力发电是在我国新能源战略下开发与应用的新型发电模式，成为全球发展速度最快的清洁能源，也促使双馈式发电机成为应用最广的，集变速运行与變流器容量小优点为—体的风力发电设备。
1.中广核新能源投资（深圳）有限公司内蒙古分公司 内蒙呼和浩特 0100001；
2.中节能（内蒙古）风力发电有限公司 内蒙古乌兰察布 0120002
摘要：风力发电是在我国新能源战略下开发与应用的新型发电模式，成为全球发展速度最快的清洁能源，也促使双馈式发电机成为应用最广的，集变速运行与變流器容量小优点为—体的风力发电设备。过去应用的保护设备要求与电网解列，失去电网的支撑作用，容易出
现严重的连锁反应，基于此，当电网、电压跌落时风电场需维持一定时间，确保电网连接不发生解列，这一要求即为低电压穿越（LvRT）
双馈式分离发电机因结构特征，存在诸多难点，比如，控制策略需满足不同机组、不同参数适应性，故障期间转子侧冲击电流与直流母线
过电压均要在可承受范围内等。本文将对双馈感应发电机模型进行分析，提出技术应用策略。
关键词：双馈感应发电机；风力发电；低电压穿越技术
目前，变速恒频式风力发电机，尤其是双馈式风力发电机在应对电网故障能力方面存在较大缺陷。电网发生故障容易导致风力发电机端电
压跌落，造成发电机定子电流增加。由于转子与定子之间的强耦合，快速增加的定子电流会导致转子电流急剧上升。另外，由于风力机调
节速度较慢，故障前期风力机吸收的风能不会明显减少，而发电机组由于机端电压降低.不能正常向电网输送电能，即有一部分能量无法输
人电网，这些能量由系统内部消化，将导致电容充电、直流电压快速升高、电机转子加速、电磁转矩突变等一系列问题。上述问题容易导
致系统元器件的损坏。针对此问题，目前国外许多电网运营商对风电场提出了强制性要求；电网电压跌落时，风电场须维持一定时间与电
大规模风电接入对电网调度运行的影响
大规模风电接入对电网调度运行的影响
摘要：近年来，大规模风电接入发展迅速，我国在大规模风能接入方面取得了重大进步，大型并网接入具有间歇性和波动性，因此大规模风电接入将对电力系统调度运行产生一定影响。基于此，本文重点论述了大规模风电接入对电网调度运行的影响。
关键词：风电接入；电网调度；影响
风电作为一种清洁能源，具有清洁、灵活、可转换性强等特点。然而，近年来，随着现代化城市的不断建设，对电能需求也在不断增加，许多电力公司已开始将大规模风电技术引入传统电网建设，以满足城市电力需求。尽管大规模风电接入能解决我国资源消耗及能源储备短缺问题，但在自然因素影响下，大规模风电接入会对电网调度造成一定干扰，所以应合理调度。
一、大规模风电接入对电力系统稳定运行产生的影响
1、小干扰稳定。随着风电安装系统的增加，将对电力稳定系统产生直接影响，特别是在小干扰稳定方面。研究表明，大量的风电系统安装会对电力系统的阻尼产生负面影响，严重时会导致风电系统失衡。因而安装风电系统时，应注意电力系统的阻尼特性。因此，应对电力系统阻尼进行深入分析，揭示对电力系统阻尼产生负面影响的原因。电力系统本身运行稳定，大规模风电接入会对电力系统稳定性构成一定威胁，需进一步研究，这对电网发展具有重要意义。
风电系统规模的增加将使电力系统运行模式更复杂，对工作人员的控制调度有一定难度，简单的几个运行模式并不能说明所有的问题。当前风电系统的研究方法是选择线性化模型进行深入分析，即使用负阻尼机理。深入分析电力系统阻尼特性和其他方面，线性化模型方法最合适。当使用线性化模型分析时，只有在保证运行参数稳定工况下，运行点周围发生一些变化，现行模型分析才能具有一定效果及意义。若在参数波动较大情况下使用该方法，将导致显著误差，并影响分析结论。国内发生低频振荡的未知机理引起了许多电力系统企业的注意，这表明负阻尼机理不能用来解释低频振荡现象。对于低频振荡的研究过程，不能采用仿真模式再现这种振荡过程进行深入分析研究。风电系统安装量在不断增加，传统线性化分析方法能否继续使用，还需相关人员进一步研究，期待有更好方法来解决此问题。
风电场对系统小干扰稳定的影响研究
智能电网
［摘要］
关键词
０引言 风电场对系统小干扰稳定的影响研究
覃 晖，覃惠玲，乔 可，江兴月
（广西电力工业勘察设计研究院，南宁５３００２３）
论述了异步风电机组、双馈变速风电机组和永磁直驱风电机组并网后对系统低频振荡模态及阻尼特性
影响的机理。以实际电力系统为例，在不同的风电场出力情况下，用特征值分析法研究了３种风电机
组引入的振荡模态，并得出异步风电机组能改善系统阻尼，而双馈变速风电机组和永磁直驱风电机组
可能降低系统阻尼的结论。 异步风电机组双馈变速永磁直驱小干扰稳定阻尼特性
国内外目前对含风电场系统进行的小干扰稳定及
阻尼特性分析的研究尚处于起步阶段，仅分析了异步
风电机组和双馈变速风电机组，还未涉及永磁直驱风
电机组接入系统的小干扰稳定问题。本文从理论上研
究异步风电机组、双馈变速风电机组和永磁直驱风电
机组接入系统时的振荡模态及阻尼特性的变化情况， 并从仿真角度论证了在风电场不同出力情况下３种风
电机组对系统振荡模态和阻尼特性的影响。
１风电机组转矩特性
小干扰稳定问题研究的是电力系统元件动态特性，
对于同步发电机，影响小干扰稳定的原因有以下两种：
（１）缺乏同步转矩而引起发电机转子角度持续增大。
（２）缺乏足够的阻尼力矩而引起的增幅转子振荡。
从机理上理解，这两种小干扰稳定问题都反映了
转矩与转速的关系，即同步发电机的转矩一转速特 性。因此，可通过风电机组转矩一转速特性来分析风
电机组接入电力系统后对系统小干扰稳定性的影响。
１．１异步风电机组
异步风电机组转矩特性即异步发电机电磁转矩一
转速特性。异步风电机组与无穷大母线组成的简单风
力发电系统包括异步风力发电机组、升压变压器及无
穷大母线，其结构图如图１所示。
图１异步风电机组结构图
收稿日期：２ＯｌＯ—ｏ７—０６ 作者简介：覃晖（１９８２一），硕士研究生，工程师，从事电力系统
可视化分析与计算、电力系统运行与规划等方面的研究。 异步风电机组定子绕组直接与系统相连，其转
双馈风力发电机组故障分析及防范措施
双馈风力发电机组故障分析及防范措施
摘要：为保证双馈风力发电机组安全稳定的运行，本文在概述双馈风力发电机组工作原理及结构的基础上，分析了双馈风力发电机组故障及相应的处理措施，并提出了故障的预防措施，以供参阅。
关键词：双馈风力发电机组；故障；处理；防范措施
1双馈风力发电机组工作原理及结构
1.1双馈风力发电机组工作原理
变速风电机组通过风轮输入的风能转化为机械能，然后通过齿轮轴，把机械能传递到双馈发电机，发电机将机械能转化成电能输出到电网中。发电机与电网间通过两个变流器相连，一个是转子侧变换器AC/DC，转子侧变换器相当于在转子回路中串联一个电压向量，其作用是是对发电机进行励磁控制，可以实现对机组有功和无功功率解耦，使转子达到预期的转速。而电网侧的变换器DC/AC可以实现直流环节的有功功率和与电网间交换的有功功率的平衡，可以控制直流侧电压的稳定和交流侧功率因数。
1.2双馈风力发电机组结构
双馈风力发电机是一种新型的设备，其主要是应用在变速恒频风力发电系统中，其结构与绕线式异步发电机有着较大的相似性。双馈风力发电机的定子与转子两侧都可以馈送电能，其定子绕组直接与电网连接，而转子绕组是利用双向变流器与电网连接，根据系统运行的要求，对电压幅值、相位以及频率进行调节，从而实现变速恒频运行。双向变流器是由网测变流器以及机侧变流器构成的，二者具有独立控制的特点，结合双PWM可逆整流控制系统，可以将直流测电容两端的电压保持恒定。双馈风力发电机组的结构满足了电网自动化并网和运行的要求，但是为了保证电能供给的质量，技术人员还需要对双馈风力发电机组进行不断的优化。 2双馈风力发电机组故障分析及处理措施
本文以某省份2135台2MW双馈风力发电机组为例，简要说明双馈风力发电机组常见故障与处理措施。
2.1双馈发电机振动故障分析与处理
发电机是风力发电系统中进行能量转换的主要器件，但在长时间运行下，过大的振动会导致发电机零件损坏，轴承断裂，电机飞车，甚至导致滑环与碳刷之间打火放电等故障，不仅影响风力发电系统的稳定性，而且还会危及人身的安全。针对转子不平衡产生的振动，是由于转子质量分布不均匀产生的，可以把转子和滑环二者安装，并且安装时按照标准装配。针对发电机安装引起的振动，大功率发电机采用弹性安装，可以通过增加发电机转子动平衡精度，增加发电机系统的阻尼。
浅谈双馈风力发电系统中低电压穿越问题
中国科技期刊数据库 工业C
2015年39期 179 浅谈双馈风力发电系统中低电压穿越问题 曹春芳 华电重工股份有限公司，北京 100070 摘要：能源危机和环境污染，加大了人类对可再生能源的需求，近年来风力发电技术作为主流新能源之一获得了突飞猛进的发展。随着风电机组容量的日益增大以及风电渗透率的不断提高，风电与电网之间的相互影响引起了广泛的重视。DFIG作为当前两大主流机型之一，因其结构原因在电网电压出现跌落故障时，会出现转子过电流和过电压、直流母线电压波动等问题，严重时风机的解列还可能造成电网的大面积瘫痪。因此，电网故障条件下保证双馈风电机组的不脱网运行成为新的研究热点。本文以电网电压跌落条件下的双馈风电系统为研究对象，设计了外接保护装置和优化DFIG励磁策略的低电压穿越方案。 关键词：双馈风电机组；低电压；研究热点 中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)39-0179-01 近年来，世界加快开发利用风能、光伏、地热能等可再生能源，大力调整能源结构主攻方向。开发和利用新型可再生能源，优化能源的产业结构，促进经济低碳化发展，已成为世界范围内可持续发展的必要手段。目前风电已成为市场主流能源，作为电力市场中重要的组成部分，并且被越来越多的国家所共识。为促进电力产业的可持续发展，风能作为新能源发展战略的主要内容，我国大力扶植风电行业，促使其在市场经济中继续保持稳健发展。风力发电技术的日趋成熟，大规模风机并网的投入运行，风能在今后的全球能源供应中将起到越来越关键的作用。 1 风力发电现状及趋势 我国的地形独特，风能占有率高，拥有比较丰富的风能资源。仅10米高度层的风能储量就可达到3226兆瓦，其中大约有7.8％的风能可被陆地开采；再算上沿海地区的风能，我国在陆地上可以利用的风能总量可达到 1000 兆瓦。但从地理位置上看，我国的风能分布非常不均，集中分布在华北、东北、西北地区，和东南沿海及附近岛屿，还有一些地形比较特殊的内陆地区。我国风能发电的起步比较晚，技术相对落后。相比于德国、美国、西班牙等发达的风电国家，还需要一段很长的路要走。 2 双馈型风力发电机工作原理 双馈风力发电系统，主要由双馈发电机、风机和励磁变流器等构成，其结构如图1所示。风机是利用叶片的旋转，来获取周围流动空气中所携带的动能，并将其中的部分风能转换成机械能的装置。双馈发电机是完成能量的交换，把从风机中得到的机械能，转化为电力系统中所需的电能;DFIG的定子侧三相电路直接连入电网，转子经过三相交一直一交的励磁变流器连接到电网。励磁变流器用来实现转子侧AC-DC-AC间的励磁，完成电网和定子、转子双通道间电磁功率的交换。三者共同作用，实现风电系统内部间的能量转换，控制双馈风机的运行性能和电力系统中电能质量的好坏。 图1 双馈风电基本结构 3 双馈风机在低电压穿越中存在的问题 双馈电机虽然具有一定的技术优势，面对电网对低电压穿越的要求时，仍存在缺陷和不足，具体是指：首先，在风电系统发生短路故障时，机端电压迅速减小，双馈风机内部的电能不能全部及时送出，因此多余的能量只能由机组自身内部消耗；此外，这还将伴随引起系统电流发生较大的波动，进而导致电磁转矩出现大幅度振荡，同时会在双馈风电系统中的机械组件上引发较大的扭切力冲击。因而，在研究DFIG低电压穿越问题时，需要在电压跌落时以及故障消除后的电磁变量和机械变量进行定性定量的分析； 其次，对在转子采用Crowbar 电路的双馈风电机组来说，撬棒电路的参数设计与投入切出时机不好确定。比如，双闭环电流调节器的复位设定，以及转子侧变流器中电流环 PI 给定值的设定非常关键，如若取值选定不合理，可能造成转子侧变流器发生二次过流，甚至导致撬棒电路发生频繁的投切动作，对 PWM 变流器的运行极为不利。因此，如何应对各部分的投切配合问题，是能否顺利实现低电压穿越的核心技术的关键，也是一大难题。 4 对于双馈风机在低电压穿越问题的解决 4.1 转子短路保护技术 电网故障引起 DFIG 过流和过压，其中过流会损害变流器，而过压会损坏发电机的转子绕组。为了保护连接在转子侧的变流器，采用过压、过流保护措施势在必行。其中比较常见的保护措施便是在转子侧采用Crowbar 电路，为转子侧大电流提供旁路，达到限制过电流、保护变流器的目的。 4.2 直流侧保护电路 直流侧保护电路如 图2所示。在直流侧增加卸荷单元，当电网电压跌落时，转子侧过电流，网侧变流器受到限制，能量在直流侧积累造成直流侧电压升高，这样可能会造成直流侧电容或桥上功率器件损坏。当电压升高时投入卸荷单元电路，消耗掉直流侧多余的能量，确保直流侧电压稳定。卸荷电路结构是由BUCK电路和卸荷电阻构成，这种保护电路只能把电压跌落时，直流侧的多余能量消耗掉。为了回收这部分能量，图(b)采用能量存储设备，它可以是超级电容或者是蓄电池(ESS)，通过一个能量可双向流动的DC-DC电路与直流侧电容相连接。 （a） （b） 图2 直流侧 DFIG的能量管理电路 5 结束语 目前风电技术得到迅猛发展，并网的规模日益扩大，风机的性能对风电系统稳定运行的影响也愈发显著。本文将当下主流的双馈型风力发电系统作为研究的对象，对DFIG机组低电压故障穿越性能进行了分析和研究。 参考文献 [1] 风电场接入电力系统技术规定(GB/T 19963-2011). 北京: 国家标准化管理委员会, 2011. [2］秦原伟，刘爽．基于Crowbar 的双馈风力发电低电压穿越研究［J］.电力电子技术，2011，45(8):51-53．
双馈与直驱风电机组的小干扰稳定性对比分析
双馈与直驱风电机组的小干扰稳定性对比分析
李培强;王继飞;李欣然;郝元钊
【摘 要】With the development of clean energy in the electric power
system,wind power has been uti-lized in large scale ,but its characteristics
will deeply affect the stability of the power system.This paper compared
the wind turbine structure of the doubly-fed induction generator
(DFIG)and direct drive syn-chronous generator (DDSG),and analyzed their
reduced order model.Wind power turbines were added to the system of
two regional systems.The systems had good damping properties,but the
systems'damping model was changed significantly.When wind power
generator capacity increased in the system,doubly-fed induction generator
could weaken the new local oscillation mode damping.Direct drive
synchronous gener-ator could enhance the region associated with a local
oscillation damping.%清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性。本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点，建立了各个机组的降阶数学模型。在此基础上，对两区域系统进行了仿真计算。研究表明：风电机组并网增加了系统与风电机组强相关的振荡模式，且有很好的阻尼特性。当风电机组在系统中容量比例提高时，双馈机组会减弱新增局部振荡模式的阻尼，直驱机组能提高区域内相关的局部振荡的阻尼。
双馈式风力发电机低电压穿越技术分析 2
双馈式风力发电机低电压穿越技术分析
摘要：随着一些地区风电供应比例的急剧增加大规模风电场对地区电网稳定性造成的影响愈发显著。风力发电机的低电压穿越（LVRT）技术越来越受关注。文中首先介绍了低电压穿越技术的概念、国外的相应标准继而分析比较了有关此技术的双馈感应发电机建模问题、各种常见的实现低电压穿越的技术手段及改进控制策略。最后描述了具备此技术的风电场对电力系统的影响。
关键词：双馈感应发电机；风力发电；低电压穿越
双馈风力发电机(DFIG)因其变流器容量小、有功和无功可独立可调的优点成为目前世界风电行业的主流机型，由于DFIG定子侧直接并网的方式，导致其对电网的扰动十分的敏感，当电网故障引起风电场并网点电压降低时可能会导致风机脱网，而且近几年风电行业发展迅速，风机装机容量不断增大，若出现大量风力发电机脱网，会严重影响大电网系统的稳定性，因此要求风力机拥有一定的低电压穿越能力。
1.实现LVRT的要求
概括地说双馈风力发电系统实现LVRT的基本要求为：
(1）电网故障时避免过电流、过电压对变流器造成损坏；(2）尽可能减少故障时机械转矩跃变给齿轮箱和风机带来的冲击防止齿轮箱和风机产生机械损坏；
(3）满足电网的LVRT标准。
在德国风电占能源供应比例很高为保证风电的发展不给电网稳定性造成威胁德国意昂集团下属电网公司E．ONNetz已经提出适用于德国电网的低电压穿越标准。在电网电压跌落到某一幅值时此标准对于风力发电机能否跳机以及与电网维持连接多长时间方可跳机提出了明确要求。
2.双馈感应发电机建模 2．1.传统分析模型
双馈感应发电机最常用的数学模型是在dq坐标系下的5阶模型。其数学模型如下所示：
uiψ分别为电压、电流、磁链；np为电机极对数；RL分别为电阻、电感；ω2＝ω1—ωrω1ωr分别为定子同步电角速度、转子电角速度；下标sr分别表示定子、转子分量；Lss＝Ls＋LmLrr＝Lr＋LmLsLr分别为定子、转子漏感；下标dq分别表示dq轴分量；TeTm分别为电磁转矩和机械转矩；p为微分算子。
双馈风机的动态稳定分析
２０１１年第５卷增刊２ ２０１，Ｖｏ１．５，Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ２ 南方电网技术 ２０１１南网技术论坛获奖论文 ＳＯＵＴＨＥＲＮ ＰＯＷＥＲ ＳＹＳＴＥＭ ＴＥＣＨＮ０ＬｏＧＹ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ａｗａｒｄｅｄ ｉｎ ＣＳＧ Ｆｏｒｕｍ．２０ １ １
文章编号：１６７４．０６２９（２０１１）Ｓ２—０１２２—０４ 中图分类号：ＴＭ３５ 文献标志码：Ａ
双馈风机的动态稳定分析
覃晖，张菁
（广西电力￣－：ｌｋ勘察设计研究院，南宁５３００２３）
摘要：本文探讨了双馈型风电场并网后对地区电网动态稳定性的影响。建立了风电机组的空气动力学模型、轴系模型及 桨距角控制系统模型；并在此基础上推导了风电场接入后的地区电网动态稳定特征值分析的状态矩阵。对风电机组接入 的广西电网动态稳定性的影响进行全面的仿真分析，仿真证明，通过调整风电场的接入位置，以及采用变速风电机组的 稳定控制模型，这两种方式能够有效改善系统阻尼，增强系统动态稳定性。 关键词：双馈风机；并网风电场；动态稳定分析；振荡模态；阻尼特性
Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｗｉｎｄ Ｆａｒｍ ｗｉｔｈ ＤＦＩＧｓ
ＱＩＮＨｕｉ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ （Ｇｕａｎｇｘｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＧＸＥＤ），Ｎａｎｎｉｎｇ ５３００２３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｎｄ ｆａｒｍｓ ｗｉｔｈ ｄｏｕｂｌｙ—ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ（ＤＦＩＧ）ｏｎ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｓｓｅｓｓｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ—ｆｅｄ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ．ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒｉｚｅｄ ｓｔａｔｕｓ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅ１．ｓｈａ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｐｉｔｃｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｏｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｍａｔｒｉｘ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｎｄ ｆａｉｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ＤＦＩＧ ｔｙｐｅ ｉｓ ｄｅｄｕｃｅｄ．Ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ ｗｉｔｈ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ａｃｃｅｓｓ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｃｍｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄ ｆａｒｍ ａｃｃｅｓｓ ａｎｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ｗｉｎｄ ｍｒｂｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄａｍｐｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｙ－－ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ）；ｇｒｉｄ－・ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｎｄ ｆａｒｍ；ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ；ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｄａｍｐｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉＣＳ
含双馈型风电场的电网小干扰稳定性分析
第２９卷第１期 ２０１３年１月 电力科学与工程 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 氍 ｆ鲑蝴 Ｒ０Ｙ下 ＣＨＮＯＬＯＩ３Ｙ ＶｏＬ ２９．Ｎ０．１ １ Ｊａｎ．，２０１３ 含双馈型风电场的电网小干扰稳定性分析 孟 明，赵 强 （华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定０７１００３） 摘要：为了研究风电场接入对电力系统的小干扰稳定性的影响，首先建立了风力机部分和发电机部分的 数学模型，利用傅里叶变换对其数学模型进行线性化处理得到状态方程。在ＤＩｇＳＩＬＥＮＴ／Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒｙ仿 真分析软件中，利用标准三机九节点系统作为测试系统进行如下研究：通过逐渐增大接入系统的风电场 的有功出力研究了阻尼比变化趋势；双馈感应风力发电机组具有无功控制能力，并且风电场无功控制是 未来发展需要的，所以也对阻尼比随无功出力的变化趋势做出了研究。两种研究方案说明了双馈型风电 场接入系统后会使原有系统的部分振荡模态的阻尼比急速降低，但其值仍符合电网小干扰稳定性要求。 关键词：双馈感应风力发电机组；风电场；振荡模态；小干扰稳定 中图分类号：ＴＭ７１２ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—０７９２．２０１３．０１．００１ ０ 引言 随着世界工业化的进程和人类生活水平的提 高，能源消耗急速增加。２０世纪５Ｏ年代石油能 源的短缺使人类开始关注能源危机问题。解决能 源与环境危机的出路就是要大力发展和利用新能 源，用可再生无污染的新能源代替这些化石类能 源。据国家气象局多年观测资料显示，１０ １３３．高度 处的风能资源总储量为３２．２６×１０ ｋＷ，平均风能密 度为１００～２００ Ｗ／ｍ２，全年有效风速累计为３ ０００～ ６ ０００ ｈ，其中实际可开发利用的风能资源为２．５３ ×１０ ｋＷ，海上风能资源为陆地的３倍左右 。 据全球风能理事会发布的数据显示，截止到２０１ １ 年中国的风机累计装机容量达到６２ ０００ Ｍｗ，并 连续两年位居世界第一。 据国网能源研究所提供的２０１０年累计安装风 电机组机型构成比例可知变速恒频风力机占 ８８．２％，其中双馈风力发电机占７４．１％，直驱风 力发电机组占１４．１％Ｅ２］。变速恒频风力发电机在 风速变化的情况下，通过调节风力机转速而使其 运行于最佳转速上以获取最大的风能利用率，减 小了机械应力，由于电力电子控制器的作用使其 实现有功功率和无功功率的解耦控制 。缺点 是：造价高、控制系统复杂。而在变速恒频的这 两种类型中，永磁直驱风力发电机组采用的是全 功率变流器，变流器的造价成本及运行损耗都要 远远高于变流器容量为发电机额定功率的３Ｏ％左 右的双馈感应风力发电机组 ，这也就是双馈风 力发电机组占装机总容量７４．１％的主要原因。所 以本文把由双馈感应风力发电机组构成的风电场 作为研究对象。 现代出现的跨区域、大范围的大型互联电力 系统解决了不同地区能源和负荷分布不均、全局 调峰、发生故障时相互支援等问题，但这也使电 力系统结构更加复杂，一旦系统内某一位置发生 故障，就可能引起连锁反应，最终导致电网瘫痪 等重大事故。经过调查研究国内外电网事故可知， 电网互联出现的低频振荡现象时有发生，因此需 要对其进行研究。随着风电场并网容量的不断增 大，改变了原有电网结构及潮流流向，所以有必 要对大容量风电场接入电网后对电网小干扰稳定 性的影响作出研究。 收稿日期：２０１２—１２—１０。 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９７７０２８）。 作者简介：孟明（１９６７一）男，副教授，研究方向为新能源发电与并网。通信作者：赵强，Ｅ—ｍａｉｌ：ｎｃｅｐｕｚｑ＠１２６．ｃｏｍ。
双馈风力发电机并网控制
双馈风力发电机并网控制
摘要：风力是重要的清洁能源，风力所具备的可再生性以及无污染性使得其受到广泛关注和应用，风力发电也是目前我国重点要求的电力能源技术。而并网控制是将风力发电机稳定地接入到电网系统中的技术。本文主要研究双馈风力发电机并网控制的方法，以及在实际应用中的难点，以及并网控制过程中存在的其他影响控制，并相应地提出优化建议。
关键词：双馈风力发电机；并网控制；方法；难点
一、双馈风力发电机概述
当前风力发电机大体可以分为同步电机好异步电机两类，实际应用中可以细分为鼠笼异步发电机、双馈发电机、同步发电机以及永磁同步发电机。双馈风力发电机是一种绕线式感应发电机，属于异步发电机。由于双馈异步电动机的定子绕组直接同电网相连接，转子绕组通过变流器和电网连接，并由变频器实现对饶子绕组电源电压、相位以及频率和幅值的自动调控，因而在运行中，机组可以在不同的转速下维持恒频发电。然而，虽然双馈发电机具备机械承受应力小、运行噪音小、变频器容量小以及启动效率高的特点，但双馈发电机的电气损耗较大，还需配备齿轮箱，造价较为昂贵。不过相比同步风力发电机，双馈风力发电机能够更好的实现电能稳定输出，实用性较强。
二、双馈发电机的并网控制方法
双馈发电机的并网控制方法和异步发电机相似，主要原理是通过滑差率来调节负荷，发电机的转速和输出功率近似成线性关系，所以只要保持发电机的转速和同步转速相接近就能实现并网。目前，常用的并网方法主要有四种，直接并网控制法、准同期并网法、降压并网控制法以及电子元件软并网控制法。
2.1 直接并网控制法 直接并网控制法是指将风力发电机的输出交流电直接并入到风力电网中，在电机转速和同步转速接近时，由测速系统给出并网信号，再通过自动空气开关实现并网，主要适用于风力发电机和电网相序相同的情况，即电网电容量足够大的同时，风力发电机的容量保持在百千瓦以下。
优点：直接并网控制方法能够保证风力速率变动情况下风力发电机也可以维持横频输出，同时能够单独地对有功功率和无功功率进行解耦控制，便于对风力电动机运行中负载消耗的无功功率进行补偿，稳定其他机组的无功负荷，确保风力发电系统电压的稳定。