劉斯偉，李庚銀，周　明

(新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京　102206)

Research on Transient Equivalent Modelling of Doubly-fed Induction Generator Based on PSCADLIU Siwei, LI Gengyin, ZHOU Ming

(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System With Renewable Energy Sources (North China Electric

Power University), Beijing 102206, China)

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基于PSCAD的雙饋風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)等值模型研究

劉斯偉，李庚銀，周明

(新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京102206)

Research on Transient Equivalent Modelling of Doubly-fed Induction Generator Based on PSCADLIU Siwei, LI Gengyin, ZHOU Ming

(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System With Renewable Energy Sources (North China Electric

Power University), Beijing 102206, China)

0引言

隨著風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的快速增長(zhǎng)，風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響日益凸顯，研究風(fēng)電場(chǎng)建模及其對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響成為當(dāng)前熱點(diǎn)之一[1-4]。含雙饋風(fēng)電機(jī)組(doubly fed induction generator, DFIG)的風(fēng)電場(chǎng)等值建模一直是各方關(guān)注的重點(diǎn)課題之一，在關(guān)于含風(fēng)電電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析研究中，對(duì)DFIG風(fēng)電場(chǎng)的等值處理主要有阻抗模型、詳細(xì)模型以及加權(quán)等值模型等[5-10]。阻抗模型在求解電力系統(tǒng)微分方程時(shí)較為方便快捷，然而對(duì)DFIG數(shù)學(xué)模型降階較多，難以適用需要準(zhǔn)確模擬DFIG暫態(tài)響應(yīng)的場(chǎng)景；詳細(xì)模型對(duì)DFIG的電力電子裝置與所有控制系統(tǒng)詳細(xì)建模，擁有較高的精度，但由于計(jì)算速度慢，一般僅局限于小規(guī)模系統(tǒng)應(yīng)用；加權(quán)等值模型采用一臺(tái)DFIG詳細(xì)模型以加權(quán)等值方法計(jì)算求得模型等值參數(shù)，等值替代風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有風(fēng)電機(jī)組，既減少對(duì)仿真計(jì)算的資源需求又良好保持DFIG風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)特性。然而，對(duì)于我國(guó)規(guī)模日漸增大的并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電基地，少量的DFIG加權(quán)等值模型，將無(wú)法準(zhǔn)確反映所替代的大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)甚至風(fēng)電場(chǎng)群的動(dòng)態(tài)特性，而大量采用DFIG加權(quán)等值模型會(huì)同樣導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的計(jì)算規(guī)模過(guò)于龐大，嚴(yán)重降低仿真分析的計(jì)算效率，難以滿(mǎn)足工程實(shí)際需要[11-13]。所以十分必要搭建能夠準(zhǔn)確反映風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)特性并能有效降低計(jì)算規(guī)模的雙饋風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)等值模型，以適用于含大規(guī)模風(fēng)電接入的現(xiàn)代電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程分析研究。

PSCAD作為電力系統(tǒng)電磁-機(jī)電暫態(tài)過(guò)程研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的時(shí)域仿真軟件之一，目前基于該平臺(tái)的DFIG模型主要以詳細(xì)模型為主，對(duì)仿真計(jì)算資源需要規(guī)模較大，十分不利于含大規(guī)模、多接入點(diǎn)風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程分析研究。因此本文基于PSCAD研究了一種降階的DFIG暫態(tài)等值模型，旨在保證DFIG準(zhǔn)確動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的同時(shí)降低DFIG等值模型對(duì)仿真計(jì)算資源的需求。等值模型保留了原DFIG詳細(xì)模型中的風(fēng)力機(jī)模型、軸系模型以及發(fā)電機(jī)模型，而針對(duì)由電力電子裝置構(gòu)成、仿真計(jì)算資源需求大的背靠背PWM變流器組，則采用兩組獨(dú)立可控電流源及配套控制策略對(duì)其進(jìn)行替代。仿真分析對(duì)所提出的DFIG等值模型的準(zhǔn)確性和仿真計(jì)算效率進(jìn)行了有效驗(yàn)證。

1DFIG模型及工作原理

DFIG是一種變速恒頻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，由風(fēng)力機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)和一組背靠背的PWM (pulse width modulation)變流器組及其控制系統(tǒng)組成[3-4]。風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能后，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞，形成作用于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)上的機(jī)械功率；背靠背的雙PWM變流器組承擔(dān)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的核心運(yùn)行控制：與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組直接相連的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器承擔(dān)直接的勵(lì)磁任務(wù)，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供合適的勵(lì)磁電壓從而有效調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流；網(wǎng)側(cè)變流器聯(lián)接電網(wǎng)和直流環(huán)節(jié)，主要負(fù)責(zé)保持動(dòng)態(tài)運(yùn)行中直流環(huán)節(jié)的電壓穩(wěn)定。

圖1展示了背靠背雙PWM變流器組的一般控制策略。通過(guò)在轉(zhuǎn)子變流器和網(wǎng)側(cè)變流器控制中應(yīng)用矢量變換控制，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器分別獨(dú)立調(diào)節(jié)DFIG轉(zhuǎn)子電壓或轉(zhuǎn)子電流的d軸分量和q軸分量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)定子側(cè)輸出功率的解耦控制；網(wǎng)側(cè)變流器維持直流電壓穩(wěn)定的同時(shí)可有效控制電網(wǎng)流向網(wǎng)側(cè)變流器的功率因數(shù)。圖1中i表示電流；m表示對(duì)變流器的控制信號(hào)；下標(biāo)ref表示相關(guān)變量的參考值；下標(biāo)r表示轉(zhuǎn)子繞組的相關(guān)變量，下標(biāo)g表示網(wǎng)側(cè)變流器的相關(guān)變量；下標(biāo)d和q分別表示d-q 軸坐標(biāo)系下的d軸分量和q軸分量。

圖1　DFIG變流器組的一般控制策略

2DFIG的暫態(tài)等值模型

2.1等值思路和等值方法

在電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程分析中，通常根據(jù)研究對(duì)象所在位置不同可將系統(tǒng)劃分為所研究區(qū)域和研究外區(qū)域兩部分，所研究區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)需要詳細(xì)建模以準(zhǔn)確反映其暫態(tài)特性，而研究外區(qū)域的系統(tǒng)建模僅需準(zhǔn)確表現(xiàn)其對(duì)所研究區(qū)域系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的影響即可。在研究含大規(guī)模DFIG并網(wǎng)的系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，由于并網(wǎng)的DFIG不具備類(lèi)似同步發(fā)電機(jī)組的功角失穩(wěn)特性，也不直接參與同步發(fā)電機(jī)組之間的互同步機(jī)制，其對(duì)系統(tǒng)的作用主要通過(guò)其輸出功率實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障等大的擾動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的研究對(duì)象為系統(tǒng)內(nèi)的同步發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)研究對(duì)象將系統(tǒng)劃分為不含風(fēng)電場(chǎng)的同步發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)的風(fēng)電系統(tǒng)，如圖2所示。接入至公共接入點(diǎn)(points of common coupling, PCC)的雙饋風(fēng)電場(chǎng)作為研究區(qū)域外系統(tǒng)，可以進(jìn)行簡(jiǎn)化等值建模，等值模型需保證能夠較準(zhǔn)確地反映雙饋風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)輸出特性及對(duì)所研究區(qū)域系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程的影響。

圖2　雙饋風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)示意圖

基于此，本文搭建了一種旨在保證DFIG準(zhǔn)確動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的同時(shí)降低DFIG等值模型對(duì)仿真計(jì)算資源的需求的DFIG暫態(tài)等值模型，如圖3所示。圖3中，下標(biāo)RSC表示轉(zhuǎn)子側(cè)CCS相關(guān)分量CCS(rotor side CCS, RSC)，下標(biāo)GSC表示網(wǎng)側(cè)CCS相關(guān)分量(grid side CCS, GSC)。

圖3　DFIG等值模型示意圖

等值模型中保留了DFIG詳細(xì)模型中的大部分主要電氣元件模型以及相關(guān)配套控制系統(tǒng)，如風(fēng)力機(jī)模型、軸系模型以及發(fā)電機(jī)模型。另一方面，搭建了兩組獨(dú)立可控電流源(controlled current source, CCS)及其對(duì)應(yīng)配套控制策略，實(shí)現(xiàn)模擬DFIG詳細(xì)模型中變流器組的勵(lì)磁控制功能，從而替代原DFIG詳細(xì)模型中由電力電子裝置構(gòu)成、仿真計(jì)算資源需求大、精度要求高的背靠背PWM變流器組及配套控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)DFIG等值模型的降階，進(jìn)而達(dá)到提高等值模型仿真效率的效果。

2.2轉(zhuǎn)子側(cè)CCS控制策略模型

DFIG等值模型的轉(zhuǎn)子側(cè)CCS聯(lián)接至DFIG感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，向DFIG轉(zhuǎn)子繞組提供勵(lì)磁電流。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)DFIG等值模型定子繞組有功功率和無(wú)功功率解耦控制，在轉(zhuǎn)子側(cè)CCS的控制策略中采用定子磁鏈定向的矢量變換控制，基于定子磁鏈定向矢量變換，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的q軸分量和d軸分量即可實(shí)現(xiàn)對(duì)DFIG定子繞組的有功功率和無(wú)功功率的分別獨(dú)立控制[3]，此時(shí)，DFIG定子側(cè)輸出的有功功率與無(wú)功功率可以表達(dá)為

(1)

式中:Lm和Ls分別為互感和定子電感；ω1為系統(tǒng)的電角速度。

圖4　轉(zhuǎn)子側(cè)CCS的控制策略框圖

2.3網(wǎng)側(cè)CCS控制策略模型

在DFIG詳細(xì)模型中，DFIG系統(tǒng)的總輸出功率由定子輸出功率和網(wǎng)側(cè)變流器流向機(jī)端的功率兩部分共同構(gòu)成，而在DFIG等值模型中，由于背靠背的變流器組被替代，DFIG感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的功率無(wú)法傳遞至發(fā)電機(jī)機(jī)端。為保證DFIG等值模型功率輸出特性的準(zhǔn)確性，搭建網(wǎng)側(cè)CCS控制系統(tǒng)，連接至DFIG感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子側(cè)，通過(guò)調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)CCS的輸出電流控制網(wǎng)側(cè)CCS向電網(wǎng)輸出的功率，從而模擬DFIG詳細(xì)模型中由電網(wǎng)流向網(wǎng)側(cè)變流器的功率部分。

DFIG詳細(xì)模型中由電網(wǎng)流向網(wǎng)側(cè)變流器的功率由兩部分決定：①轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生功率；②DFIG 機(jī)端電壓變化時(shí)，由直流環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)引起的功率波動(dòng)?？紤]到直流環(huán)節(jié)的暫態(tài)響應(yīng)受到電容大小和機(jī)端電壓變化情況的影響較為復(fù)雜，并且由直流環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)響應(yīng)引起的功率數(shù)值變化較小、衰減較快，因此本文DFIG等值模型的網(wǎng)側(cè)CCS控制策略主要考慮轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生功率。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)側(cè)CCS向電網(wǎng)輸出有功功率和無(wú)功功率的解耦控制，在網(wǎng)側(cè)CCS的控制策略中采用電網(wǎng)電壓定向矢量變換控制，控制策略如圖5所示。根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生的功率得到網(wǎng)側(cè)CCS需要向電網(wǎng)輸出的功率總額Sr，結(jié)合功率因數(shù)確定有功功率和無(wú)功功率的參考值,并進(jìn)一步得到網(wǎng)側(cè)CCS電流參考值d軸分量和q軸分量。dq軸坐標(biāo)系下的電流參考值經(jīng)過(guò)派克反變換得到三相坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)CCS電流參考值，即網(wǎng)側(cè)CCS的輸入控制信號(hào)。通過(guò)調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)CCS輸出電流從而實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)側(cè)CCS向電網(wǎng)輸出的有功功率和無(wú)功功率解耦控制。

當(dāng)計(jì)及網(wǎng)側(cè)CCS補(bǔ)償?shù)墓β什糠趾?，DFIG等值模型的總輸出功率為

(2)

圖5　網(wǎng)側(cè)CCS的控制策略框圖

3算例分析

3.1算例系統(tǒng)

為了驗(yàn)證前文所搭建的DFIG等值模型的可行性和有效性，基于PSCAD仿真平臺(tái)搭建了圖6所示的系統(tǒng)模型，對(duì)DFIG等值模型和DFIG詳細(xì)模型的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行全面對(duì)比分析。DFIG的詳細(xì)模型采用包括所有電氣元件模型以及相關(guān)配套控制系統(tǒng)，如風(fēng)力機(jī)模型及控制、軸系模型以及發(fā)電機(jī)模型及變流器組模型及控制的DFIG機(jī)組模型；等值模型僅對(duì)詳細(xì)模型中的變流器組模型及控制通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)CCS 和網(wǎng)側(cè)CCS進(jìn)行替代。仿真系統(tǒng)于2s時(shí)在圖6中所示位置節(jié)點(diǎn)1處發(fā)生三相短路故障，DFIG機(jī)端電壓跌落至0.3p.u.，持續(xù)0.3s后故障切除。

圖6　仿真系統(tǒng)模型

本章3.2小節(jié)通過(guò)對(duì)比DFIG詳細(xì)模型的變流器組控制系統(tǒng)，驗(yàn)證了DFIG等值模型的CCS控制系統(tǒng)對(duì)輸出電流的有效控制；3.3和3.4小節(jié)基于相同暫態(tài)工況對(duì)DFIG等值模型和詳細(xì)模型的阻尼特性和無(wú)功功率補(bǔ)償特性進(jìn)行了對(duì)比分析；3.5小節(jié)則在單DFIG機(jī)組和多DFIG機(jī)組情況下分別對(duì)所提出DFIG等值模型的仿真效率進(jìn)行了驗(yàn)證。

3.2轉(zhuǎn)子側(cè)CCS和網(wǎng)側(cè)CCS控制特性驗(yàn)證

DFIG等值模型中轉(zhuǎn)子側(cè)CCS的主要控制目標(biāo)為轉(zhuǎn)子電流，圖7為DFIG等值模型轉(zhuǎn)子側(cè)CCS與DFIG詳細(xì)模型轉(zhuǎn)子側(cè)變流器對(duì)DFIG轉(zhuǎn)子電流的動(dòng)態(tài)控制效果比較。從圖中可以看出，雖然在故障發(fā)生時(shí)刻和切除時(shí)刻，DFIG等值模型的轉(zhuǎn)子電流中缺少詳細(xì)模型中的明顯暫態(tài)分量，但是從整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程來(lái)分析，可以明顯看出DFIG等值模型的轉(zhuǎn)子側(cè)CCS已基本達(dá)到了DFIG詳細(xì)模型轉(zhuǎn)子變流器對(duì)轉(zhuǎn)子電流的暫態(tài)控制效果，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子電流的準(zhǔn)確有效控制。

圖7　轉(zhuǎn)子側(cè)CCS控制特性

DFIG等值模型中網(wǎng)側(cè)CCS的控制目標(biāo)主要為網(wǎng)側(cè)CCS向電網(wǎng)輸出的功率，圖8給出了網(wǎng)側(cè)CCS的輸出功率與DFIG詳細(xì)模型中網(wǎng)側(cè)變流器向電網(wǎng)輸出功率的控制效果對(duì)比。由圖中可以看出，本文搭建的網(wǎng)側(cè)CCS控制策略可以準(zhǔn)確模擬DFIG詳細(xì)模型中經(jīng)網(wǎng)側(cè)變流器流至機(jī)端的功率部分；而由于沒(méi)有計(jì)及DFIG詳細(xì)模型中直流環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性引起的功率波動(dòng)，因此等值模型的網(wǎng)側(cè)CCS的功率補(bǔ)償效果略有偏差，屬于考慮范圍之內(nèi)?？傮w上看，網(wǎng)側(cè)CCS準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了對(duì)向電網(wǎng)輸出有功功率和無(wú)功功率的解耦控制，并較有效地模擬了詳細(xì)模型中網(wǎng)側(cè)變流器向電網(wǎng)輸出的功率。

圖8　網(wǎng)側(cè)CCS控制特性

3.3DFIG機(jī)組等值模型的阻尼特性

雖然DFIG的勵(lì)磁控制過(guò)程中基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)電解耦，然而DFIG發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速仍會(huì)間接影響有功功率的控制，并且在電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程分析中對(duì)系統(tǒng)頻率產(chǎn)生間接影響，因此分別基于兩組不同的有功功率PI控制參數(shù)，對(duì)DFIG等值模型與詳細(xì)模型的暫態(tài)阻尼響應(yīng)特性進(jìn)行了對(duì)比分析，如圖9(a)和圖9(b)所示。兩組有功功率PI控制參數(shù)分別為Kp1=0.5,Ti1=0.1；Kp2=1.0,Ti2=0.5。

圖9　DFIG等值模型的阻尼特性

由圖9可以看出，在不同的控制參數(shù)設(shè)置情況下，DFIG等值模型的暫態(tài)有功功率響應(yīng)和轉(zhuǎn)速響應(yīng)均能夠與詳細(xì)模型保持高度的一致性，能夠有效模擬DFIG的機(jī)電特性。而存在于有功功率動(dòng)態(tài)輸出中的細(xì)小偏差則來(lái)自于網(wǎng)側(cè)CCS補(bǔ)償功率偏差部分的影響。

3.4DFIG機(jī)組等值模型的暫態(tài)無(wú)功補(bǔ)償特性

在電力系統(tǒng)遭受?chē)?yán)重故障等大的干擾時(shí)，有時(shí)會(huì)對(duì)DFIG的動(dòng)態(tài)無(wú)功輸出提出一些要求，因此對(duì)DFIG等值模型與DFIG詳細(xì)模型的暫態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償特性也進(jìn)行了對(duì)比，如圖10所示。由DFIG轉(zhuǎn)子電流d軸分量和DFIG無(wú)功功率輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)可以看出，DFIG等值模型同樣可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償控制的功能，并對(duì)DFIG詳細(xì)模型中的無(wú)功控制策略進(jìn)行模擬。

3.5仿真時(shí)長(zhǎng)比較

為了驗(yàn)證DFIG等值模型大大減少了對(duì)仿真資源的需求，通過(guò)統(tǒng)計(jì)仿真時(shí)間進(jìn)行分析。從兩方面進(jìn)行對(duì)比：①小仿真步長(zhǎng)，單臺(tái)DFIG機(jī)組模型；②大仿真步長(zhǎng)，多臺(tái)DFIG機(jī)組模型。表1為不同仿真條件下DFIG等值模型與詳細(xì)模型的仿真效率對(duì)比，其中仿真時(shí)長(zhǎng)表示在仿真軟件中程序運(yùn)行時(shí)間，實(shí)際時(shí)間則表示程序運(yùn)行完畢在現(xiàn)實(shí)中花費(fèi)的時(shí)間。由表1可以看出基于DFIG等值模型的仿真系統(tǒng)對(duì)仿真資源的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于DFIG詳細(xì)模型，尤其當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)DFIG模型數(shù)量增多時(shí)，DFIG等值模型對(duì)計(jì)算效率的提升效果更加明顯。可見(jiàn)，本文提出的等值模型不但具有可靠的精度并且簡(jiǎn)潔有效。

圖10　DFIG等值模型的暫態(tài)無(wú)功補(bǔ)償特性

表1　等值模型與詳細(xì)模型的仿真時(shí)長(zhǎng)對(duì)比

4結(jié)論

本文研究了一種降階的雙饋風(fēng)電機(jī)組等值模型，在保留雙饋風(fēng)電機(jī)組詳細(xì)模型中主要元件及配套控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)搭建兩個(gè)獨(dú)立的可控電流源模型及相關(guān)控制策略將原詳細(xì)模型中的背靠背變流器組替代，從而達(dá)到既準(zhǔn)確保持雙饋風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)控制特性和暫態(tài)輸出外特性，又提高仿真計(jì)算效率的效果。仿真分析對(duì)提出的方法進(jìn)行了有效驗(yàn)證。

雙饋風(fēng)電機(jī)組的詳細(xì)模型具有較高的仿真準(zhǔn)確度,同時(shí)也需要更多的仿真資源,在關(guān)于風(fēng)機(jī)內(nèi)部暫態(tài)響應(yīng)特性及低電壓穿越特性的研究中得到了廣泛應(yīng)用。然而在含大規(guī)模、多接入點(diǎn)風(fēng)電場(chǎng)接入的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析中，一般不需要詳細(xì)考慮風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的信息，風(fēng)電場(chǎng)模型能保證準(zhǔn)確反映風(fēng)電場(chǎng)輸出外特性和對(duì)外部區(qū)域影響即可。本文提出等值模型在研究此類(lèi)問(wèn)題時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以靈活模擬不同接入點(diǎn)風(fēng)電場(chǎng)的不同控制策略或不同運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)又保證系統(tǒng)時(shí)域仿真的計(jì)算規(guī)模不會(huì)過(guò)大，造成分析不便。本文的研究?jī)?nèi)容解決了PSCAD仿真平臺(tái)目前廣泛應(yīng)用的DFIG模型對(duì)仿真資源需求較大的問(wèn)題，對(duì)其他仿真平臺(tái)的DFIG暫態(tài)等值問(wèn)題及含大規(guī)模風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)暫態(tài)問(wèn)題的時(shí)域仿真分析有重要參考價(jià)值。

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李庚銀(1964—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)樾履茉措娏ο到y(tǒng)分析與控制、先進(jìn)輸變電技術(shù)、電能質(zhì)量等，E-mail：ligy@ncepu.edu.cn；

周明(1967—)，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)樾履茉措娏ο到y(tǒng)分析與控制、電力市場(chǎng)、電能質(zhì)量等，E-mail：zhouming@ncepu.edu.cn。

(責(zé)任編輯：楊秋霞)7

摘要：隨著接入電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模日益增大，電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程研究對(duì)風(fēng)電場(chǎng)準(zhǔn)確簡(jiǎn)潔建模的需求愈發(fā)迫切。本文研究了一種基于PSCAD仿真平臺(tái)的降階雙饋風(fēng)電機(jī)組等值模型。該等值模型保留了原雙饋風(fēng)電機(jī)組(DFIG)詳細(xì)模型中的風(fēng)力機(jī)模型、軸系模型以及發(fā)電機(jī)模型，同時(shí)采用兩組獨(dú)立可控電流源及其對(duì)應(yīng)配套控制策略，替代了由電力電子裝置構(gòu)成、仿真計(jì)算資源需求大、精度要求高的背靠背PWM變流器組及配套控制系統(tǒng)?；赑SCAD的仿真分析對(duì)所搭建的雙饋風(fēng)電機(jī)組等值模型的基礎(chǔ)控制特性、暫態(tài)響應(yīng)特性，以及仿真計(jì)算效率進(jìn)行了驗(yàn)證，證明了該模型既可以有效保持雙饋風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)響應(yīng)特性，同時(shí)又大幅度提高了仿真計(jì)算效率。

關(guān)鍵詞：雙饋風(fēng)電機(jī)組；暫態(tài)等值模型；電力系統(tǒng)；暫態(tài)穩(wěn)定分析

Abstract：with the increasing of wind power penetration in the power system, accurate and simplified modelling of wind power plants is meeded for power system transient process analysis. A reduced-order dynamic equivalent model of doubly-fed induction generator (DFIG) based on PSCAD is introduced. The equivalent model preserves wind turbine model, shafting model and generator model of the detailed DFIG model, but substitute the two back-to-back PWM converters which are composed of power electronic device, and have huge requirements of simulation resources and calculation accuracy by two independently controllable current sources (CCS) and their corresponding control strategies. Simulation analysis based on PSCAD tested the control performance of CCS, the equivalent model’s transient response characteristic and the computational efficiency. It’s well proved that the proposed model preserves the transient response fidelity of DFIG while significantly improves the computational efficiency.

Keywords：doubly-fed induction generator (DFIG); transient equivalent model; power system; transient stability analysis

作者簡(jiǎn)介：

收稿日期：2015-10-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué) (51190103)；高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃項(xiàng)目(B08013)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM614

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-2322(2016)02-0064-06