周紅婷，宋 瑋

(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003)

計(jì)及動(dòng)態(tài)無功控制影響的大規(guī)模風(fēng)電匯集地區(qū)電壓穩(wěn)定性分析

周紅婷，宋 瑋

(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003)

為了進(jìn)一步分析大規(guī)模風(fēng)電匯集地區(qū)電壓穩(wěn)定性，提出應(yīng)考慮風(fēng)電場動(dòng)態(tài)無功控制的影響?；陔妷?無功靈敏度法解釋了動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的恒無功控制方式所帶來的匯集地區(qū)電壓上升問題。利用小擾動(dòng)穩(wěn)定法，分析出采用高壓側(cè)恒電壓控制的風(fēng)電場內(nèi)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置之間存在很強(qiáng)的相互作用，并會(huì)引起不穩(wěn)定的電壓振蕩。以華北某風(fēng)電匯集地區(qū)為例，在PSS/E中比較分析區(qū)內(nèi)所有風(fēng)電場內(nèi)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置分別采用恒無功、高壓側(cè)恒電壓和低壓側(cè)恒電壓三種控制方式時(shí)受到小擾動(dòng)后的電壓變化。仿真結(jié)果驗(yàn)證了分析結(jié)論，表明在研究風(fēng)電匯集地區(qū)電壓穩(wěn)定性問題上，考慮風(fēng)電場的動(dòng)態(tài)無功控制影響是必要的。

風(fēng)電匯集地區(qū)；動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方式；小擾動(dòng)穩(wěn)定分析；電壓穩(wěn)定；無功電壓控制

0 引言

近年來，風(fēng)電在我國迅速發(fā)展，截至2013年底，中國新增裝機(jī)容量16088.7 MW，累計(jì)裝機(jī)容量91412.89 MW，同比增長21.4%，兩項(xiàng)數(shù)據(jù)均居世界第一[1]。但由于我國風(fēng)電場遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，一般大規(guī)模匯入網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較薄弱的末端電網(wǎng)[2]，因此電壓穩(wěn)定性問題日益突出。針對此問題，《風(fēng)電接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中要求并網(wǎng)點(diǎn)電壓應(yīng)在額定電壓的97%～107%范圍內(nèi)，并且并網(wǎng)風(fēng)電場應(yīng)配置無功—電壓控制系統(tǒng)[3-4]。

眾多學(xué)者在風(fēng)電場無功電壓控制領(lǐng)域展開研究，其基本思路分為兩種：一是風(fēng)電場的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)把上級調(diào)度指令轉(zhuǎn)換為無功指令，在考慮風(fēng)電機(jī)組的無功可調(diào)范圍，SVC容量的基礎(chǔ)上，以一定的控制策略分配給場內(nèi)的無功補(bǔ)償設(shè)備[5-10]；另一種則直接把調(diào)度的電壓指令下發(fā)給場內(nèi)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制器，直接調(diào)節(jié)并網(wǎng)點(diǎn)母線的電壓。目前，前者已在華北、內(nèi)蒙等風(fēng)電匯集地區(qū)具體實(shí)施，新疆、甘肅等匯集地區(qū)則多采用后者。

以上兩種控制策略帶來了不同的電壓穩(wěn)定性問題：華北等風(fēng)電匯集地區(qū)發(fā)生過風(fēng)機(jī)高壓脫網(wǎng)事故；而新疆等地區(qū)電壓則經(jīng)常發(fā)生高頻振蕩，這兩種現(xiàn)象都對電壓穩(wěn)定性有很大的影響。文獻(xiàn)[11]在分析華北某地區(qū)的一次大規(guī)模無故障高壓連鎖脫網(wǎng)事故中，指出動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的恒無功控制方式會(huì)使電壓-無功靈敏度增大，從而給匯集地區(qū)的電壓穩(wěn)定帶來威脅，此研究結(jié)果說明動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制方式可能會(huì)對風(fēng)電匯集地區(qū)穩(wěn)定性帶來影響，但尚沒有研究分析風(fēng)電場中動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的恒電壓控制方式對電壓穩(wěn)定性的影響。

本文針對該問題，以動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置-靜止無功補(bǔ)償器(static var compensator，SVC)為例，在分析SVC的感性支路恒無功控制與風(fēng)電匯集地區(qū)電壓相互作用機(jī)理的同時(shí)，基于小干擾穩(wěn)定法分析SVC恒電壓控制點(diǎn)不同時(shí)的風(fēng)電匯集地區(qū)電壓穩(wěn)定性，并在PSS/E中建立風(fēng)電匯集系統(tǒng)模型，仿真SVC恒無功、低壓側(cè)恒電壓及高壓側(cè)恒電壓等控制方式下，受到擾動(dòng)后風(fēng)電場PCC母線電壓變化情況，以期望所得結(jié)論能為大規(guī)模風(fēng)電匯集地區(qū)無功電壓控制策略的研究提供指導(dǎo)。

1 風(fēng)電場無功電壓控制策略及電壓穩(wěn)定性

1.1 風(fēng)電場基本無功電壓控制思想

目前風(fēng)電場基本無功電壓控制如圖1所示。從圖中可知，風(fēng)電場的全網(wǎng)AVC(automatic voltage control，AVC)系統(tǒng)與常規(guī)能源組成的電網(wǎng)AVC系統(tǒng)[12]類似，也可認(rèn)為是三級電壓控制模式。

圖 1 風(fēng)電場無功電壓控制圖Fig. 1 Diagram of wind farm reactive power and voltage control

1) AVC系統(tǒng)的最高層為三級電壓控制，它以區(qū)域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo)，通過各種約束條件，計(jì)算得到區(qū)域內(nèi)個(gè)中樞母線的電壓或無功參考值，從而下發(fā)給AVC子站，控制時(shí)間為十幾分鐘到小時(shí)級。

2) 風(fēng)電場AVC子站為二級電壓控制，其功能是通過接收到的電壓或無功指令，進(jìn)行無功決策，把所需的無功按照一定的原則分配給場內(nèi)各類無功源，從而使風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)達(dá)到電壓穩(wěn)定的效果。控制時(shí)間一般為秒到分鐘級。

3) 一級電壓控制為本地控制，主要是動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置和風(fēng)機(jī)利用自身的控制器來進(jìn)行電壓控制。由于AVC子站調(diào)節(jié)電壓周期在秒到分鐘級，而本地控制的控制時(shí)間很快，一般為毫秒級。因此，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在執(zhí)行AVC指令期間為恒無功控制。風(fēng)電場中，為了減少損耗，SVC一般采用TCR+FC型。

1.2 恒無功控制方式下的電壓穩(wěn)定性

圖2為典型的風(fēng)電匯集系統(tǒng)圖，各風(fēng)電場通過35 kV/220 kV的升壓變壓器并入無窮大系統(tǒng)，場內(nèi)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVC均接在35 kV母線上，其中系統(tǒng)阻抗、第i回輸電線路阻抗及升壓變壓器阻抗分別為Xs、XLi和XTi，Bci和BLi分別表示第i個(gè)SVC感性支路和容性支路的電鈉，第i個(gè)風(fēng)電場發(fā)出的有功和無功分別為Pi和Qi，本文假設(shè)風(fēng)機(jī)的功率因數(shù)為1，無窮大母線電壓E= 1。根據(jù)此模型，基于匯集地區(qū)電壓-無功靈敏度及Q-V曲線，說明SVC的恒無功控制所帶來的電壓穩(wěn)定性問題。

圖2 典型風(fēng)電匯集系統(tǒng)圖Fig. 2 Typical equivalent system diagram of wind power integration

根據(jù)文獻(xiàn)[11]，式(1)和式(2)分別給出第i個(gè)風(fēng)電場在SVC無控制及采用感性支路恒無功控制時(shí)的電壓-無功靈敏度，其中Xi=Xs+XLi+XTi，Bi=Bci-BLi。

將式(1)和式(2)的分母相減得到表達(dá)式(3)：

通過此表達(dá)式可看出式(3)恒大于0，說明SVC采用恒感性支路無功控制會(huì)增大匯集母線電壓無功靈敏度，增大程度取決于初始狀態(tài)BLi、Bci及Xi，將式(3)表示為f(BLi,Bci,Xi),對BLi、Bci及Xi分別求導(dǎo)得：

式(4)表明，母線電壓無功靈敏度增大程度隨Bci增大而減小，隨Xi和BLi增大而增大。當(dāng)風(fēng)電場初始投入的Bci較小，BLi較大，且系統(tǒng)比較弱時(shí)，若SVC采用恒無功控制，在受到電容擾動(dòng)后極易造成風(fēng)機(jī)過壓脫網(wǎng)，對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重影響，圖3給出此情況下某風(fēng)電場受到10 Mvar電容擾動(dòng)，35 kV母線電壓的Q-V曲線。圖中A點(diǎn)為初始運(yùn)行點(diǎn)，B為SVC無控制時(shí)在擾動(dòng)后的電壓穩(wěn)定點(diǎn)，C點(diǎn)則表示SVC采用恒感性無功控制時(shí)在擾動(dòng)后的電壓穩(wěn)定點(diǎn)。顯然，C點(diǎn)已超過風(fēng)機(jī)的高壓限值1.1 pu。

圖3 10 Mvar電容擾動(dòng)35 kV母線的Q-V曲線Fig. 3 Q-V curve of 35 kV bus when 10 MVar capacitance occurs in system

華北某風(fēng)電匯集地區(qū)沽源地區(qū)的一次無故障風(fēng)機(jī)高壓連鎖脫網(wǎng)事故正是由于動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的這種控制方式，因此，需要探討SVC的其它控制方式對電壓穩(wěn)定性的影響，以尋求在不同工況下較優(yōu)的控制方式。

2 恒電壓控制對匯集地區(qū)電壓穩(wěn)定性影響分析

2.1 匯集系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定數(shù)學(xué)模型

根據(jù)圖2建立匯集系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，圖中無窮大母線可以用發(fā)電機(jī)經(jīng)典二階模型代替，SVC采用PI控制結(jié)構(gòu)，其電壓控制模型如圖4所示，由于前面已假設(shè)風(fēng)機(jī)的功率因數(shù)為1，所以分析暫不考慮風(fēng)機(jī)的無功控制模型。由此，匯集系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定數(shù)學(xué)模型的建立可分為以下4步。

圖4 SVC恒電壓控制框圖Fig. 4 Constant voltage control block of SVC

1) 按照發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)(無窮大母線)、SVC節(jié)點(diǎn)、其它節(jié)點(diǎn)的順序?qū)ο到y(tǒng)所有母線編號，在匯集系 統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，列出系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程如式(5)。

式中：I、U表示系統(tǒng)中個(gè)母線的注入電流矩陣和節(jié)點(diǎn)電壓矩陣；Y則表示系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。

2) 根據(jù)匯集系統(tǒng)中SVC的控制模型及無窮大系統(tǒng)的等效模型，得到匯集系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)態(tài)元件的動(dòng)態(tài)方程及輸出方程式(6)～式(9)。

3) 對式(5)～式(9)分別線性化，并把式(6)～式(9)代入式(5)，得到全系統(tǒng)的線性化微分方程：

4) 根據(jù)式(10)，得出計(jì)及SVC控制方式的匯集系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣式(11)：

2.2 基于小擾動(dòng)穩(wěn)定法的匯集地區(qū)電壓穩(wěn)定性分析

假設(shè)匯集系統(tǒng)內(nèi)(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2)含4個(gè)雙饋風(fēng)電場，基準(zhǔn)容量為100 MVA。每個(gè)風(fēng)電場配有一套TCR+FC的SVC，無功容量均為-20-20 Mvar。風(fēng)電場裝機(jī)容量及各風(fēng)電場主變高壓側(cè)、低壓側(cè)與匯集母線的電氣距離如表1所示，系統(tǒng)阻抗為0.05 pu。

表1 各風(fēng)電場電氣參數(shù)Table 1 Electrical distance parameters of wind farms

當(dāng)匯集系統(tǒng)中風(fēng)電場1、2均投入高壓側(cè)恒電壓控制方式下的SVC時(shí)，系統(tǒng)的特征根如表2所示。

表2 兩風(fēng)場SVC高壓側(cè)恒電壓控制時(shí)系統(tǒng)特征根Table 2 System eigenvalue when SVC in two wind farms both control system side bus voltage

表2中，由于特征計(jì)算的誤差，8l可當(dāng)做系統(tǒng)的零特征根處理[13]，因此，在此工況下系統(tǒng)是穩(wěn)定的，其振蕩模態(tài)為2,1l。若把SVC的控制方式改為恒無功控制時(shí)，系統(tǒng)的特征根如表3所示。

表3 兩風(fēng)場SVC恒無功控制時(shí)系統(tǒng)特征根Table 3 System eigenvalue when SVC in two wind farms both take constant reactive power control

表3中，系統(tǒng)出現(xiàn)兩個(gè)振蕩模態(tài)2,1l和4,3l，對比表2，說明兩種控制方式下的SVC具有不同的特性。表4利用參與因子[14]對這兩種控制方式的振蕩模態(tài)進(jìn)行分析。

表4中，狀態(tài)量1～2表示等效為無窮大系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)經(jīng)典二階模型的狀態(tài)量dD、wD；3～5表示系統(tǒng)中第1個(gè)SVC的狀態(tài)量，6～8則表示第二個(gè)SVC的狀態(tài)量。從表中可以看出SVC采用高壓側(cè)恒電壓控制時(shí)，振蕩模態(tài)與兩個(gè)SVC的狀態(tài)量都有關(guān)，而采用恒無功控制時(shí)，第一個(gè)振蕩模態(tài)主要與第1個(gè)SVC的狀態(tài)量有關(guān)，第二個(gè)振蕩模態(tài)主要與第2個(gè)SVC的狀態(tài)量有關(guān)。這說明SVC采用高壓側(cè)恒電壓控制時(shí)，SVC之間存在較強(qiáng)的相互作用，而當(dāng)其采用恒無功控制方式時(shí)，SVC之間幾乎不存在相互作用。

表4 SVC不同控制方式下模態(tài)分析中的參與因子Table 4 Participation factor in modal analysis when SVC takes different control modes

當(dāng)SVC采用低壓側(cè)恒電壓控制時(shí)，其振蕩模態(tài)與采用高壓側(cè)恒電壓控制時(shí)類似，但由于采用低壓側(cè)作為反饋信號，SVC之間的電氣距離增大，且增大了SVC控制器模式的阻尼[15]，因此，此控制方式下的SVC之間的相互作用減弱，系統(tǒng)電壓也更穩(wěn)定。圖5分別給出SVC采用高壓側(cè)恒電壓、低壓側(cè)恒電壓及恒無功控制方式時(shí)，系統(tǒng)振蕩模態(tài)2,1l隨投入三種控制方式下SVC的風(fēng)電場個(gè)數(shù)變化的根軌跡。從圖中可以看出，當(dāng)投入SVC的風(fēng)電場個(gè)數(shù)增多時(shí)，三種控制方式下系統(tǒng)的振蕩模態(tài)2,1l實(shí)部均會(huì)右移，振蕩頻率升高；但高壓側(cè)恒電壓控制時(shí)2,1l實(shí)部變化最大，振蕩頻率升高最多；相反，恒無功控制方式2,1l實(shí)部與振蕩頻率變化均最小。從此角度可分析出，SVC在高壓側(cè)恒電壓控制方式下其相互作用最強(qiáng)，在恒無功控制方式下其相互作用最弱，而在低壓側(cè)恒電壓控制方式下其相互作用介于兩者之間。

圖 5 SVC不同控制方式下的根軌跡Fig. 5 System root locus when SVC takes different control modes

3 仿真算例

本文以華北某風(fēng)電匯集地區(qū)為例，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2，圖中Xs表征系統(tǒng)強(qiáng)度，區(qū)內(nèi)各風(fēng)場的電氣量如表1，在PSS/E中對以上的分析結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

匯集系統(tǒng)中風(fēng)電場1、風(fēng)電場2、風(fēng)電場3、風(fēng)電場4依次投入SVC，其均分別采用高壓側(cè)恒電壓、低壓側(cè)恒電壓及恒無功控制方式，0.1 s時(shí)系統(tǒng)側(cè)投入10 Mvar電容器后，PCC母線電壓變化曲線分別如圖6～圖8所示。

圖 6 SVC控主變高壓側(cè)PCC母線電壓Fig. 6 PCC bus voltage when SVC controls system side bus

圖7 SVC控主變低壓側(cè)PCC母線電壓Fig. 7 PCC bus voltage when SVC controls wind farm side bus

圖8 SVC恒無功控制PCC母線電壓Fig. 8 PCC bus voltage when SVC takes constant reactive power control

從以上3圖中可以看出：

(1) 對比圖6、圖7兩圖，在系統(tǒng)受到電容擾動(dòng)后，SVC采用高壓側(cè)恒電壓控制時(shí)，隨投入SVC風(fēng)電場個(gè)數(shù)的增加，電壓振蕩越來越嚴(yán)重，當(dāng)匯集系統(tǒng)中4個(gè)風(fēng)電場的SVC全部投入時(shí)，出現(xiàn)不穩(wěn)定電壓振蕩，而SVC采用低壓側(cè)恒電壓控制時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于前者。

(2) 圖8中，在風(fēng)電場1～4依次投入后，電壓振蕩趨勢沒有明顯變化，說明SVC在此種控制方式下相互作用較弱，但圖8中曲線表示系統(tǒng)在受到電容擾動(dòng)后，電壓繼續(xù)上升，說明SVC恒無功控制方式會(huì)給系統(tǒng)帶來過壓問題，結(jié)合式(3)、式(4)，圖9給出當(dāng)系統(tǒng)變?nèi)?Xs為0.15 pu)，SVC投入的初始感性無功較大(0.4 pu)時(shí),匯集系統(tǒng)PCC及B1母線電壓，可以看出，35 kV母線電壓在控制方式的影響下已超過1.1 pu,而這會(huì)引起大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組高壓脫網(wǎng)。

通過此仿真算例，驗(yàn)證了以上的分析結(jié)果。

圖9 Xs=0.15 pu SVC恒無功控制，PCC及低壓側(cè)母線電壓Fig. 9 PCC and wind farm side bus voltage when SVC takes constant reactive power control,Xs=0.15 pu

4 總結(jié)

本文根據(jù)目前大多數(shù)風(fēng)電場的無功-電壓控制現(xiàn)狀，利用電壓-無功靈敏度法分析此種控制所帶來的電壓穩(wěn)定問題，隨后基于小擾動(dòng)穩(wěn)定法分析風(fēng)電場內(nèi)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置采用恒電壓控制時(shí)的電壓穩(wěn)定性，得到以下結(jié)論：

1) 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的恒感性無功控制在系統(tǒng)側(cè)受到電容擾動(dòng)后會(huì)造成匯集母線電壓上升，其上升程度取決于系統(tǒng)強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的初始感性及容性無功三個(gè)因素，在系統(tǒng)較弱且場內(nèi)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的初始感性無功較大且場內(nèi)容性無功較小時(shí)，很容易造成風(fēng)機(jī)高壓脫網(wǎng)事故。但從小擾動(dòng)穩(wěn)定分析上看，多個(gè)風(fēng)場內(nèi)恒無功控制方式下的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置之間相互作用弱。

2) 各風(fēng)場的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置采用恒電壓控制方式時(shí)，系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性因電壓控制點(diǎn)選取不同而不同，特別是在匯集站下有多個(gè)風(fēng)電場時(shí)，高壓側(cè)恒電壓控制下的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置存在很強(qiáng)的相互作用并會(huì)引起不穩(wěn)定的電壓振蕩，而低壓側(cè)恒電壓控制方式下的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置之間的相互作用則相對較弱，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也相對更優(yōu)。

上述兩條結(jié)論可以對不同風(fēng)電匯集地區(qū)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置控制方式的選擇提出指導(dǎo)性的意義，為設(shè)計(jì)風(fēng)電匯集地區(qū)的無功電壓控制策略打下基礎(chǔ)。

[1] 吳濤. 風(fēng)電并網(wǎng)及運(yùn)行技術(shù)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2013.

[2] 張?jiān)? 郝麗麗, 戴嘉祺. 風(fēng)電場等值建模研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(6): 138-146. ZHANG Yuan, HAO Lili, DAI Jiaqi. Overview of the equivalent model research for wind farms[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(6): 138-146.

[3] 孫榮富, 張濤, 梁吉. 電網(wǎng)接納風(fēng)電能力的評估及應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2011, 35(4): 70-76. SUN Rongfu, ZHANG Tao, LIANG Ji. Evaluation and application of wind power integration[J]. Automation of Electric Power Systems, 2011, 35(4): 70-76.

[4] 李俊峰. 2012中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告[M]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2012.

[5] 許曉菲, 牟濤, 賈琳, 等. 大規(guī)模風(fēng)電匯集系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定實(shí)用判據(jù)與控制[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2014, 38(9): 15-19. XU Xiaofei, MU Tao, JIA Lin, et al. Practical criteria of static voltage stability in power systems with high wind penetration[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(9): 15-19.

[6] 喬穎, 魯宗相, 徐飛. 雙饋風(fēng)電場自動(dòng)電壓協(xié)調(diào)控制策略[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2010, 34(5): 96-101. QIAO Ying, LU Zongxiang, XU Fei. Coordinative strategy for automatic voltage control of wind farms with doubly-fed induction generators[J]. Automation of Electric Power Systems, 2010, 34(5): 96-101.

[7] 王成福, 梁軍, 張利, 等. 基于靜止同步補(bǔ)償器的風(fēng)電場無功電壓控制策略[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2010, 30(25): 23-28. WANG Chengfu, LIANG Jun, ZHANG Li, et al. Reactive power and voltage control strategy for wind farm based on STATCOM[J]. Proceedings of the CSEE, 2010, 30(25): 23-28.

[8] 劉皓明, 唐俏俏, 朱凌志, 等. 雙饋型風(fēng)電場參與電壓無功調(diào)節(jié)的分層控制方案[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(24): 79-85. LIU Haoming, TANG Qiaoqiao, ZHU Lingzhi, et al. Hierarchical control strategy of voltage and reactive power for DFIG wind farm[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(24): 79-85.

[9] 喬穎, 陳惠粉, 魯宗相, 等. 雙饋風(fēng)電場自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2013, 37(5): 15-22. QIAO Ying, CHEN Huifen, LU Zongxiang, et al. Design and application of automatic voltage control system in doubly-fed induction generator[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(5): 15-22.

[10] 趙霞, 王倩, 邵彬, 等. 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略研究及其分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(16): 57-64. ZHAO Xia, WANG Qian, SHAO Bin, et al. Low voltage ride through control strategy and its analysis of doubly fed induction generator [J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(16): 57-64.

[11] 謝歡, 吳濤, 趙亞清, 等. 計(jì)及動(dòng)態(tài)無功影響的大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組高電壓脫網(wǎng)原因分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2015, 39(4): 19-25. XIE Huan, WU Tao, ZHAO Yaqing, et al. Analysis on high-voltage trip-off causation of large-scale wind turbines considering the impact of dynamic reactive power control[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(4): 19-25.

[12] 周宇華, 翟偉翔, 馬平. 火電廠自動(dòng)電壓控制(AVC)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(9): 128-145. ZHOU Yuhua, ZHAI Weixiang, MA Ping. Design of automatic voltage control (AVC) system for thermal power plant[J]. Power System Protection and Control, 2012, 40(9): 128-145.

[13] 王錫凡, 方萬良, 杜正春. 現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2003.

[14] ROGERS G. Demystifying power system oscillations[J]. IEEE Computer Application in Power, 1996, 9(3): 30-35.

[15] 徐政. 基于晶閘管的柔性交流輸電控制裝置[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

(編輯 張愛琴)

Analysis on voltage stability in large-scale wind farms integration area considering impact of dynamic reactive power control

ZHOU Hongting, SONG Wei
(School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)

In order to analyze voltage stability in large-scale wind farms integration area, this paper proposes that dynamic reactive power control should be considered. Presently, dynamic reactive power compensation device in wind farms widely adopts constant reactive power control. According to it, this paper firstly proposes this control mode of dynamic reactive power compensation device can bring voltage stability problem based on voltage-reactive power sensitivity method; then it uses small signal stability analysis method, consulting that there is a strong interaction between dynamic reactive power compensation devices in wind farms which adopts high-voltage side constant voltage control. As a result, it will lead to unstable high frequency oscillation; finally, taking a wind farm integration area in North China, it obtains the voltage change of all dynamic reactive power compensation device in wind farm after small disturbance when constant control mode, high-voltage side constant voltage control, and low-voltage side constant voltage control are adopted respectively. The result shows that considering dynamic reactive power control is important for voltage stability analysis in large-scale wind farms integration area.

wind farm integration area; dynamic reactive power compensation; small signal stability analysis; voltage stability; reactive power and voltage control

10.7667/PSPC150940

2015-06-05；

2015-08-27

周紅婷(1990-)，女，通信作者，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定分析與新能源無功電壓控制等領(lǐng)域；E-mail: bleachwin2014@163.com

宋 瑋(1963-)，男，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)與穩(wěn)定分析。E-mail: songwei8188@126.com