大規(guī)模雙饋型風(fēng)電場(chǎng)的小擾動(dòng)穩(wěn)定分析

1、 68 中 國(guó) 電 機(jī) 工 程 學(xué) 報(bào) 第 30 卷 表 2 在特殊機(jī)電振蕩模式模態(tài)分析中 各機(jī)組相應(yīng)右特征向量轉(zhuǎn)速分量的幅值與相角 Tab. 2 Corresponding magnitudes and phase angles of the synchronous generators and wind farm in the special electromechanical oscillatory mode 機(jī)組 G1 G2 風(fēng)電場(chǎng) G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 幅值 0.001 8 0.001 7 0.000 0 0.001 8 0.001 8 0.001 8 0.00

2、1 8 0.001 9 0.001 8 0.001 9 相角/(° 97.370 6 97.562 0 91.564 4 95.759 1 97.265 7 96.087 4 96.747 8 95.714 6 97.304 2 97.818 7 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。經(jīng)過派克變換之后，可以在同步旋轉(zhuǎn)的 dq 坐標(biāo)系下建立雙饋發(fā)電機(jī)的電壓方程 (19(22 和鏈方程 (23(26 。 1 d ds s dt 1 d qs U qs = Rs I qs + ds + s dt 1 d dr U dr = Rr Idr s qr + s dt 1 d qr U qr = Rr I qr + s d

3、r + s dt Uds = Rs I ds qs + (19 (20 (21 (22 (23 (24 (25 (26 (27 (28 ds = X s I ds X m I dr q s = X s I qs X m I qr dr = X r I dr X m I ds qr = X r I qr X m I qs 電抗 Xs 和 Xr 可由式(27、(28計(jì)算得到。 在臨界振蕩模式中，所有的同步機(jī)右特征向量相角 均在 90°左右，不存在典型的相對(duì)振蕩機(jī)組。 4 結(jié)論 本文首先分析了基于定子磁鏈定向控制的雙饋 風(fēng)機(jī)實(shí)用機(jī)電暫態(tài)模型，并將此模型應(yīng)用于含大型 風(fēng)電場(chǎng)接入的電力系統(tǒng)小擾

4、動(dòng)穩(wěn)定分析。在新英格 蘭 10 機(jī) 39 節(jié)點(diǎn)算例中，分析大型風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)電 力系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性及其低頻振蕩特性的影響，并 得到如下結(jié)論： 當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)接入并取代與系統(tǒng)不穩(wěn)定振蕩模式 1） 相關(guān)度最高的同步發(fā)電機(jī)時(shí)，可以改善并網(wǎng)系統(tǒng)的 小擾動(dòng)穩(wěn)定性。 風(fēng)電場(chǎng)接入位置對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)的小擾動(dòng)穩(wěn)定性 2） 存在較大影響。例如在同步機(jī) G1，G5，G8，G10 所在的節(jié)點(diǎn)，接入風(fēng)電場(chǎng)代替同步發(fā)電機(jī)反而會(huì)危 害系統(tǒng)的小擾動(dòng)穩(wěn)定性。 當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)后， 經(jīng)相應(yīng)的特征根分析 3） 可知，電場(chǎng)不參與系統(tǒng)的機(jī)電振蕩模式。 當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)后， 會(huì)出現(xiàn)一種新的特殊 4） 機(jī)電振蕩模式，即在該振蕩模式中，所有的同步機(jī) 組

5、所對(duì)應(yīng)的右特征向量的相角十分接近，不存在典 型的相對(duì)振蕩機(jī)組。 需要說明的是，本文的初步結(jié)論主要針對(duì)具體 算例，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)引入對(duì)系統(tǒng)影響的機(jī)制還需要進(jìn) 一步深入研究。 附錄 A 雙饋發(fā)電機(jī)組 7 階模型推導(dǎo)過程 B X s = X s + X m X r = X r + X m 式中： X s 和 X r 分別為定、轉(zhuǎn)子繞組漏抗； X m 為定子和 轉(zhuǎn)子之間的互抗。引入定子磁鏈定向控制，定子磁鏈 s 始 終與 d 軸重合，如圖 A1 所示。消去其中的轉(zhuǎn)子磁鏈，電壓 方程和磁鏈可以改寫為式(1(4。定子側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)及發(fā)電機(jī) 的有功無功功率可以表示為式(5(7。 b y q . U C x s d

6、a c A 圖 A1 雙饋發(fā)電機(jī)模型參考坐標(biāo)系 Fig. A1 Reference Frames of DFIG 2）換流器建模。 為了實(shí)現(xiàn)有功無功的解耦控制，在轉(zhuǎn)子變頻器建模中 引入 Ûdr、Ûqr2 個(gè)新變量： = U sX I U dr dr r qr = U + sX I s X m U r dr s qr qr Xs (29 (30 新的補(bǔ)償量的引進(jìn)可以使 d、 q 軸的動(dòng)態(tài)過程完全解耦， 2 個(gè)特殊的 PI 控制環(huán)節(jié)應(yīng)用于雙饋發(fā)電機(jī)有功無功的解耦 控制，如圖 2 和 3 所示，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器模型的控制包括內(nèi)部 轉(zhuǎn)子電流控制環(huán)和外部功率控制環(huán)。 圖 2 對(duì)應(yīng)的雙饋發(fā)

7、電機(jī) 無功控制可由如下方程描述： 1）DFIG 建模。 圖 9 給出了雙饋發(fā)電機(jī)的參考坐標(biāo)系：ABC 表示三 相定子繞組， abc 表示三相轉(zhuǎn)子繞組， dq 坐標(biāo)系為同步 dI dr = s I dr s U dr dt Tr X r (31 第4期 王忱等：大規(guī)模雙饋型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的小擾動(dòng)穩(wěn)定分析 69 dI dr_ref dt = K1U t K1U t X m s 1 ( I dr + X s Tr T1 X m s K U2 Udr 1 ( t + Qsref X s X r T1 X s (32 (33 dI qr dt dI qr_ref dt = s Tr I qr s U qr

8、X r (34 = K1U t K1U t X m s 1 ( I qr + X s Tr T1 X m s K U d r 1 Psref Xs X r T1 (35 (36 dU 1 K dr = K2 ( s I dr 2 I dr_ref K2 s U dr dt T2 Tr T2 X r 程描述： 附錄 B 雙饋風(fēng)機(jī)小擾動(dòng)分析 7 階狀態(tài)矩陣 類似地，圖 3 對(duì)應(yīng)的雙饋發(fā)電機(jī)有功控制可由如下方 dU qr dt = K2 ( K 1 s I qr 2 I qr_ref K2 s U qr T2 Tr T2 X r U qr s I dr dI dr dt dI dr_ref dt d

9、U dr dt dI qr dt dI qr_ref dt dU qr dt ds dt I dr_ref U dr I qr I qr_ref Awf = sin Cwf = cos 0 0 0 0 0 s s Tr Xr X m s 1 X m s 0 0 0 0 0 K1U t K1U t X ( T X s Tr 1 s Xr s 1 s K2 0 0 0 0 K2 K2 ( T T T Tr 2 2 2 ； Bwf = 07×2 ； s s 0 0 0 0 0 Tr X r X m s 1 X m s K1U t ( 0 0 0 0 0 K1U t X s Tr T1 X

10、s X r s 1 s K2 K2 ( K2 0 0 0 0 T2 T2 Tr T2 Xm U t 0 0 0 0 0 0 2 HX s X s 0 0 0 0 0 0 1 cos X m ； Dwf = 02×7 。 wf = Awf Bwf (Ywf Dwf 1 Cwf ，式中 Ywf 為風(fēng)電 Xs sin 0 0 0 0 0 0 Xm Zhang Hongguang， Zhang Lizi， Chen Shuyong， et al Studies on the transient behavior and dispatching strategy of power system

11、 integrated with large scale wind farmsJProceedings of the CSEE，2007， 27(31：45-51(in Chinese 7 Tabesh A，Iravani RSmall-signal dynamic model and analysis of a fixed-speed wind farm： a frequency response approachJ IEEE Transactions on Power Delivery，2006，21(2：778-787 8 Mendonca A ， Lopes J A P Impact

12、of large scale wind power integration on small signal stabilityCInternational Conference on Future Power Systems，Amsterdam，Holland，2005 9 Zamora J L Dynamic patterns and model order reduction in Rouco L， small-signal models of doubly fed induction generators for wind power applicationsC IEEE Power E

13、ngineering Society General Meeting，Montreal，Canada，2006 10 Wu Feng，Zhang Xiaoping，Godfrey K，et alModeling and control of wind turbine with doubly fed induction generatorCIEEE Power Systems Conference and Exposition，Atlanta，USA，2006 11 Mei F ， Pal B C Modelling and small-signal analysis of a grid con

14、nected doubly-fed induction generatorC IEEE Power Engineering Society General Meeting，San Francisco，USA，2005 12 李東東，陳陳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)模型研究J中國(guó)電機(jī)工程學(xué) 報(bào)，2005，25(3：115-119 場(chǎng)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。 參考文獻(xiàn) 1 2 Ackermann T Wind power in power systemsM Wiley： Chichester， 2005：7-23 Carlin P W，Laxson A S，Muljadi E BTech. Rep. NREL/T

15、P-500-28 607 The history and state of the art of variable-speed wind turbine technologyRColorado：National Renewable Energy Laboratory， 2001 3 Iniyan S， Sreevalsan E， et al A review of wind energy Joselin H G M， technologiesJRenewable and Sustainable Energy Reviews，2007， 11(6：1117-1145 4 Rasmussen C， Eriksen P B， et al Technical aspects of Akhmatov V， status and expected future trends for wind power in DenmarkJ Wind Energy，2007(10：31-49 5 Alegría I M