秦 超，曾 沅，蘇寅生，李 鵬

（1.天津大學 智能電網(wǎng)教育部重點實驗室，天津 300072；2.中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510623）

0 引言

能源危機與環(huán)境污染迫使人類尋求清潔的可再生能源。作為目前公認的最具開發(fā)潛力并且技術(shù)發(fā)展最為成熟的可再生能源發(fā)電形式之一，風電在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的開發(fā)與利用［1］。雙饋風機DFIG（Doubly-Fed Induction Generator）是目前大型風電場廣泛采用的主流機型之一，具有效率高、控制靈活等諸多優(yōu)點［2］。

低頻振蕩是現(xiàn)代互聯(lián)電網(wǎng)面臨的關(guān)鍵性挑戰(zhàn)之一，嚴重威脅著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行［3］。風電的多變性、間歇性等特性，勢必使電網(wǎng)的運行狀態(tài)更加復雜多變，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了諸多挑戰(zhàn)［4-5］。需要說明的是，我國風電大規(guī)模集中并網(wǎng)、遠距離外送的特殊發(fā)展實踐使得風電并網(wǎng)后的低頻振蕩問題更為嚴峻［6-7］。

低頻振蕩屬于電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性的研究范疇［8］，為此，國內(nèi)外學者已圍繞風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定的影響開展了廣泛的研究［9］。然而，已有研究多以特征值分析［10-11］、頻域分析［12-13］或時域仿真［14-15］等為手段，針對某些風電并網(wǎng)后的典型運行場景，分析系統(tǒng)的低頻振蕩特性；在此基礎(chǔ)上，通過對有些關(guān)鍵變量進行擾動分析，以確定風電接入對電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性的影響。這類方法都屬于“逐點法”的范疇，其缺陷在于：所得結(jié)論嚴格與系統(tǒng)的運行狀態(tài)相關(guān)，一旦系統(tǒng)的運行狀態(tài)（如發(fā)電方式、負荷水平等）改變需要重新計算，難以對電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性進行整體評價；只能給出系統(tǒng)是否安全、穩(wěn)定的二元信息，難以度量系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，即當前運行點到穩(wěn)定邊界的距離以及穩(wěn)定儲備的大小等。大規(guī)模風電并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)的運行方式更加復雜多變，若借助“逐點法”對系統(tǒng)所有可能的運行方式逐一進行小擾動穩(wěn)定性分析是不現(xiàn)實的。

安全域的方法從系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的整體出發(fā)，可以給出系統(tǒng)的安全裕度、最優(yōu)控制方向等豐富信息，并且它是由系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲決定的，不隨運行點的改變而變化，因此，可有效克服“逐點法”的缺陷，已得到電網(wǎng)研究人員越來越多的關(guān)注［16］。

本文研究的是節(jié)點注入空間上保證系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定的安全域，即小擾動穩(wěn)定域SSSR（Small Signal Stability Region）。在相關(guān)領(lǐng)域，國內(nèi)外學者已圍繞SSSR的構(gòu)建方法、邊界性質(zhì)等方面開展了廣泛的研究［17-21］。隨著風電并網(wǎng)規(guī)模的增加，已有文獻圍繞風電接入系統(tǒng)的SSSR展開了研究：文獻［22］分析了DFIG接入后，系統(tǒng)中主要機電振蕩模態(tài)與SSSR邊界的對應關(guān)系，并提出了用超平面擬合注入功率空間上含DFIG電力系統(tǒng)的SSSR邊界的建議；文獻［23］分析了DFIG接入單機無窮大系統(tǒng)時，系統(tǒng)SSSR的變化。

針對大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)，本文以SSSR的方法為基礎(chǔ)，分析了雙饋風電場替換同步機前后，系統(tǒng)可保持小擾動穩(wěn)定的運行區(qū)域的變化及其機理；進而研究了輸電距離、DFIG有功控制回路和無功控制回路PI參數(shù)對含大規(guī)模風電互聯(lián)電網(wǎng)低頻振蕩穩(wěn)定性的影響。

1 DFIG模型

雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的模型一般包括風輪機模型、發(fā)電機模型、變流器模型、槳距角控制模型和軸系模型等。

1.1 風輪機的功率特性

根據(jù)貝茲定律，風輪機的功率特性如式（1）所示。

其中，Pw為風輪機捕捉到的風功率；A為風輪機的葉片掃風面積；v為風速；ρ為空氣密度；λ為葉尖速比，即λ=ΩR/v，R為風輪機葉片的半徑，Ω為風輪機轉(zhuǎn)速；β為槳距角；Cp為風能轉(zhuǎn)換系數(shù)，是葉尖速比和槳距角的函數(shù)。

1.2 發(fā)電機模型

在采用發(fā)電機定子電壓定向的同步旋轉(zhuǎn)dq坐標系下，DFIG系統(tǒng)的發(fā)電機方程如式（2）—（5）所示。

其中，uds、udr和 uqs、uqr分別為發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子電壓d軸和q軸分量；ids、idr和 iqs、iqr分別為發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子電流d軸和q軸分量；rs和rr分別為發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子電阻；ψds、ψdr和ψqs、ψqr分別為發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子磁鏈d軸和q軸分量；s為發(fā)電機轉(zhuǎn)差；ωs為同步轉(zhuǎn)速；p為微分算子。

1.3 變流器模型

機側(cè)變流器的控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中，Pref和Qref分別為有功和無功功率參考值；P和Q分別為實際有功和無功輸出。

圖1 機側(cè)變流器控制框圖Fig.1 Block diagram of generator-side converter control

網(wǎng)側(cè)變流器的控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，Udcref和Udc分別為直流電容電壓參考值與實際值；Qgref和Qg分別為網(wǎng)側(cè)變流器發(fā)出無功功率的參考值與實際值；udg和uqg分別為網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓的d軸和q軸分量；idg和iqg分別為網(wǎng)側(cè)變流器電流的d軸和q軸分量。

圖2 網(wǎng)側(cè)變流器控制框圖Fig.2 Block diagram of grid-side converter control

1.4 槳距角控制回路模型

當代大型DFIG一般采取槳距控制，可用式（6）所示方程來表示槳距角控制回路的動態(tài)特性。

其中，Tser為慣性時間常數(shù)；β0為槳距角參考值。

1.5 軸系模型

DFIG發(fā)電系統(tǒng)的軸系通?？捎扇缡剑?）—（9）所示的雙質(zhì)量塊模型來表示。

其中，ωt和ωg分別為風力機和DFIG的角速度；Ht和Hg分別為風力機和DFIG的慣性時間常數(shù)；θs為軸系扭轉(zhuǎn)角；Ks和D分別為軸剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)；Tm為風力機機械轉(zhuǎn)矩；Te為發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩。

2 電力系統(tǒng)SSSR

2.1 定義

電力系統(tǒng)的動態(tài)過程一般可以描述為如式（10）所示的微分代數(shù)方程組：

其中，x、y和p分別為電力系統(tǒng)的狀態(tài)變量空間、代數(shù)變量空間和參數(shù)變量空間；f和g分別用來描述電力系統(tǒng)的微分方程和代數(shù)方程。

在平衡點（f0，g0，p0）處，將式（10）所示方程組線性化，可得：

在非奇異的前提下，由隱函數(shù)定理對式（11）整理得：

根據(jù)小擾動穩(wěn)定性分析的特征值理論，當J（p）的所有特征值均具有負實部時，系統(tǒng)是小擾動穩(wěn)定的。

電力系統(tǒng)的SSSR是指能夠使系統(tǒng)保持小擾動穩(wěn)定的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行點的集合［17］，它既可以定義在參數(shù)空間上，又可以定義在節(jié)點注入空間上。本文研究的SSSR是定義在節(jié)點有功注入空間上的，如式（14）所示。

其中，p為電力系統(tǒng)節(jié)點功率注入向量；o2k表示考慮發(fā)電機輸出限值的節(jié)點注入空間；R2k表示2k維實數(shù)空間；k為電力系統(tǒng)拓撲i中注入功率的節(jié)點個數(shù)；ΩSSSR（i）是由系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲i唯一確定的。

文中的小擾動主要是指系統(tǒng)中小的負荷擾動、發(fā)電擾動、風電出力變化等。當前，通常認為電力系統(tǒng)SSSR的邊界主要由鞍節(jié)分岔、Hopf分岔和奇異誘導分岔3類局部分岔點構(gòu)成［21］。

2.2 計算方法

為保障SSSR邊界的計算精度，本文采用擬合法進行求解。具體步驟如下。

（1）選取系統(tǒng)中的n條母線（包括發(fā)電機母線和負荷母線）的有功注入構(gòu)成安全域的參數(shù)空間X=［x1，x2，… ，xn］，將滿足小擾動穩(wěn)定約束的某一運行點作為初始搜索點Pstart。

（2）構(gòu)建基本搜索點集合S0，確定可能的搜索方向。

a.確定n條母線有功注入上下限所構(gòu)成的實用可行搜索范圍W。

b.2維空間（即n=2）上集合S0的確定方法為：求解W的邊界和特定射線i（以初始搜索點Pstart為起點，與縱軸夾角為θ=iΔθ，其中 i=0，1，2，… ，并且滿足 iΔθ＜ 360°）的交點 Psi；所有 Psi即構(gòu)成了集合 S0。

c.對于3維空間，可在立方體W的各軸上等間距選取m個點，由這些點構(gòu)成集合S0。

d.對于n（n＞3）維空間，若通過類似2維空間的方法，枚舉特定射線方向來確定基本搜索點意味著巨大的工作量，可借助Hadamard矩陣采取擬正交選點的方法來確定可能的射線方向，以降低工作量，并盡可能覆蓋n維空間中所有的搜索方向，分別求取所有射線方向與W的交點構(gòu)成集合S0。

（3）分別對步驟（2）所形成的基本搜索點 S0中的每一個運行點進行潮流計算與特征值分析，判斷其是否滿足小擾動穩(wěn)定約束，將S0中所有不滿足小擾動穩(wěn)定約束的運行點構(gòu)成集合SU。

（4）分別沿初始搜索點Pstart和集合SU中的每一個點間的連線，借助二分法進行臨界點搜索。

a.設置。

b.計算PLeft和PRight的中點，作為下一個搜索點Psearch。

c.對Psearch進行潮流計算與特征值分析，以判斷其穩(wěn)定性，計算PLeft與PRight間的距離Dc。

d.若 Psearch滿足小擾動穩(wěn)定約束，并且 Dc＜dc，即滿足收斂條件，則Psearch即為一個臨界穩(wěn)定點；若Psearch滿足小擾動穩(wěn)定約束，并且 Dc＞dc，則 PLeft=Psearch，返回步驟b；若Psearch不滿足小擾動穩(wěn)定約束，則Pright=Psearch，返回步驟 b。

e.判斷是否已完成SU中所有點的搜索，若完成，則轉(zhuǎn)入下一步；否則，i=i+1，返回步驟a。經(jīng)過步驟d搜索得到的臨界穩(wěn)定點構(gòu)成了基本臨界點集合CPb。

（5）對步驟（4）中搜索得到的每個基本臨界點進行擴展搜索，即以基本臨界點為起點，在其鄰域內(nèi)進行擾動，搜索新的臨界點。對于基本臨界點的擴展搜索過程具體如下。

a.按照Hadamard確定擾動方向，對進行擾動，獲得一個新的搜索點Pnew。

b.對Pnew進行潮流計算與特征值分析，以判斷其是否滿足小擾動穩(wěn)定約束。

c.若Pnew小擾動穩(wěn)定，則設置PLeft=Pnew，并將PRight設置為所對應的；若Pnew小擾動不穩(wěn)定，則設置 PLeft=Pstart，PRight=Pnew。

d.計算PLeft和PRight的中點，作為下一個搜索點Psearch。

e.對Psearch進行潮流計算與特征值分析，以判斷其穩(wěn)定性，計算PLeft與PRight間的距離Dc。

f.若 Psearch小擾動穩(wěn)定，并且 Dc＜dc，即滿足收斂條件，則Psearch即為一個臨界穩(wěn)定點；若Psearch小擾動穩(wěn)定，并且 Dc＞dc，則 PLeft=Psearch，返回步驟 d；若 Psearch小擾動不穩(wěn)定，則Pright=Psearch，返回步驟d。

g.判斷是否已完成所有搜索方向的擴展搜索，若完成，則轉(zhuǎn)入下一步；否則，j=j+1，返回步驟a。

（6）對搜索到的所有臨界點進行擬合，獲得SSSR的邊界，可通過搜索步長、搜索臨界點的個數(shù)等參數(shù)，來控制搜索的精度。

2.3 小擾動穩(wěn)定約束下系統(tǒng)區(qū)域間功率傳輸極限

對于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)，借助SSSR可以方便求解系統(tǒng)在小擾動穩(wěn)定約束下區(qū)域間的功率傳輸極限，具體模型如下所示。

其中，SD為送端系統(tǒng)的節(jié)點編號集合；Pi為節(jié)點i的有功注入；和分別為節(jié)點i有功注入的下限和上限；和分別為平衡節(jié)點有功注入的下限和上限；N為系統(tǒng)中除平衡節(jié)點外的所有節(jié)點的總數(shù)。式（16）為各節(jié)點功率注入約束；式（17）為平衡節(jié)點的調(diào)節(jié)能力約束；式（18）為小擾動穩(wěn)定約束。

在對該模型進行求解的過程中，參考文獻［22］的方法，用超平面擬合SSSR的邊界，從而式（18）所示的小擾動穩(wěn)定約束可以進一步由式（19）所示的不等式描述。

其中，αi為SSSR邊界的擬合系數(shù)。

3 算例分析

3.1 簡介

本文采用一個兩區(qū)域系統(tǒng)作為分析算例，其接線方式如圖3所示?；贒igsilent軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的建模與特征值分析，并借助該軟件提供的DPL語言實現(xiàn)了含雙饋風電場電力系統(tǒng)的SSSR的計算程序。有關(guān)同步發(fā)電機、負荷、網(wǎng)架等的模型參數(shù)詳見文獻［8］。

圖3 兩區(qū)域系統(tǒng)接線圖Fig.3 Connection diagram of two-area system

本文考慮以下2種場景：場景A，不接入風電；場景B，采用同容量的DFIG替換同步發(fā)電機G1。其中，雙饋風電場經(jīng)過 0.69 kV/20 kV、20 kV/345 kV兩級變壓接入系統(tǒng)。

分別對上述2種場景的額定運行點（即同步機G1和風電場的有功出力均為700 MW）進行特征值分析，根據(jù)振蕩頻率和參與因子對所有振蕩模態(tài)進行篩選，所得系統(tǒng)中主要的機電振蕩模態(tài)見表1。由表可知，在場景A中存在3個主要的機電振蕩模態(tài)；而在場景B中出現(xiàn)了1個不穩(wěn)定的機電振蕩模態(tài)。

表1 場景A和場景B中系統(tǒng)的主要低頻振蕩模態(tài)Table 1 Main low-frequency oscillation modes of Case A and Case B

3.2 DFIG接入前后，系統(tǒng)SSSR的變化

場景A和場景B所對應的SSSR如圖4所示。其中，場景A的參數(shù)空間為G1和G2的有功出力；場景B的參數(shù)空間為DFIG和G2的有功出力。圖中的矩形框表征了節(jié)點的允許注入范圍；初始穩(wěn)定點所在的一側(cè)即為系統(tǒng)的SSSR。

3.2.1 仿真驗證

為了驗證所得SSSR的準確性，以場景B為例，在注入空間中選取若干運行點，分別借助SSSR方法和時域仿真方法對所選取運行點進行小擾動穩(wěn)定校核。所選取的運行點及其與SSSR邊界的相對位置如圖5所示。

圖4 場景A和場景B的SSSRFig.4 SSSR for Case A and Case B

圖5 運行點及其與SSSR邊界的相對位置（場景B）Fig.5 Operating points and SSSR boundary（Case B）

對于選定的運行點，向系統(tǒng)施加小擾動（在1.0 s時，母線7的負荷增加50%；經(jīng)歷0.01 s后，母線7的負荷恢復為初始值）進行時域仿真。圖6給出了3個典型運行點（運行點a位于域內(nèi)；運行點b位于域邊界上；運行點c位于域外）在小擾動下的區(qū)域聯(lián)絡線上有功功率的時域仿真結(jié)果。由圖6結(jié)果可知，在1.0 s系統(tǒng)受到擾動，區(qū)域聯(lián)絡線功率發(fā)生突變；此后，擾動消失后，運行點a所對應的區(qū)域聯(lián)絡線功率的振蕩逐漸衰減，最終恢復至平穩(wěn)運行狀態(tài)；運行點b所對應的區(qū)域間聯(lián)絡線功率基本維持等幅振蕩；而運行點c所對應的區(qū)域間聯(lián)絡線功率出現(xiàn)了增幅振蕩。SSSR的分析結(jié)果與時域仿真方法一致，從而驗證了本文計算所得SSSR的準確性。

圖6 時域仿真結(jié)果（場景B）Fig.6 Results of time-domain simulation（Case B）

3.2.2 機理分析

在同樣的運行方式下，在1.0 s時對系統(tǒng)施加小擾動進行時域仿真，所得同步發(fā)電機G1和DFIG有功出力曲線如圖7所示。

圖7 小擾動下G1和DFIG的有功輸出Fig.7 Active-power outputs of G1and DIFG under small disturbance

由圖7結(jié)果可知，在1.0 s系統(tǒng)受到了擾動，同步機和DFIG的有功出力都出現(xiàn)了短暫的波動；在擾動消失后的一段時間內(nèi)（1.1～4 s），同步機的有功出力發(fā)生了振蕩，并且振蕩幅值逐漸衰減，而DFIG輸出的有功出力則基本上保持不變；此后，在4～10s內(nèi)，同步機的有功出力逐漸恢復至平穩(wěn)狀態(tài)，而DFIG的有功出力則發(fā)生了增幅振蕩。

在擾動消失系統(tǒng)恢復過程中，同步機和DFIG具有不同的功率特性，究其原因就在于DFIG采用與同步機完全不同的基于電力電子裝置的交流勵磁。無論是同步發(fā)電機還是DFIG采用的繞線式異步發(fā)電機，其有功輸出均與發(fā)電機內(nèi)電勢幅值、端電壓幅值及兩者間的夾角相關(guān)。區(qū)別在于同步發(fā)電機的勵磁回路通過調(diào)整勵磁電流的幅值來改變發(fā)電機內(nèi)電勢幅值，其相位與轉(zhuǎn)子位置嚴格相關(guān)，而DFIG由于采取了基于變流器的交流勵磁，其勵磁回路可靈活地調(diào)整勵磁電流的幅值、相位和頻率，其內(nèi)電勢的相角不再嚴格受轉(zhuǎn)子位置限制。在擾動發(fā)生時，端電壓及其與同步發(fā)電機內(nèi)電勢間的夾角發(fā)生變化，進而引起同步發(fā)電機輸出電力功率的變化，在原動機輸入功率不變的情況下，同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速隨之變化，通過發(fā)電機轉(zhuǎn)子吸收或釋放部分動能來實現(xiàn)阻尼系統(tǒng)振蕩的作用；而對于DFIG，在擾動下，一旦引起發(fā)電機有功輸出發(fā)生變化，偏離控制回路的有功參考值，基于變流器的勵磁回路會迅速調(diào)整勵磁電流的幅值、相位和頻率，從而使DFIG的有功輸出基本維持恒定，從系統(tǒng)的角度看，這意味著DFIG并未消除系統(tǒng)功率振蕩提供阻尼或者貢獻很小，因此，用DFIG替換系統(tǒng)內(nèi)的同步發(fā)電機后，在同樣的運行方式下，系統(tǒng)的阻尼水平有所惡化；從域的角度看，DFIG的接入使得系統(tǒng)的SSSR有所縮小。

3.3 輸電距離的影響

本文中所采用的算例為研究電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性的經(jīng)典算例，文獻［8］中給出了該算例的詳細數(shù)據(jù)，其中系統(tǒng)的輸電距離為220 km。本文為了研究輸電距離變化時系統(tǒng)SSSR的變化，對輸電距離分別為原始算例中輸電距離的50%、1.0倍、1.5倍和2倍4種場景進行分析。圖8給出了風電接入系統(tǒng)后，在輸電距離分別為110 km、220 km、330 km、440 km情況下系統(tǒng)的SSSR。借助2.3節(jié)所介紹的模型，分別對4種不同輸電距離場景計算小擾動穩(wěn)定約束下區(qū)域間功率傳輸極限，所得結(jié)果依次為609 MW、368 MW、233 MW和156 MW。結(jié)合圖8結(jié)果可知，輸電距離對大規(guī)模風電并網(wǎng)系統(tǒng)的低頻振蕩穩(wěn)定具有顯著影響；隨著輸電距離的增加，系統(tǒng)的SSSR顯著變小。

圖8 不同輸電距離下系統(tǒng)的SSSRFig.8 SSSR for different transmission distances

3.4 DFIG控制參數(shù)的影響

由3.2節(jié)中的機理分析可知，DFIG轉(zhuǎn)子勵磁回路是決定其對系統(tǒng)低頻振蕩穩(wěn)定特性影響的關(guān)鍵因素。而DFIG轉(zhuǎn)子勵磁回路動態(tài)特性在很大程度上依賴于控制回路的PI參數(shù)。DFIG的轉(zhuǎn)子側(cè)一般采取PQ解耦控制，因此存在有功控制回路和無功控制回路2套相對獨立的控制回路。為此，本文參考Digsilent/PowerFactory軟件提供的用于穩(wěn)定性研究的DFIG示例，分別針對DFIG的有功控制回路和無功控制回路采取如下4種PI參數(shù)計算系統(tǒng)的SSSR：大比例大積分、小比例大積分、大比例小積分、小比例小積分。其中，小比例系數(shù)取值為2，大比例系數(shù)取值為4，小積分系數(shù)取值為1，大積分系數(shù)取值為20。

DFIG有功控制回路采取不同PI參數(shù)時，系統(tǒng)的SSSR如圖9所示；同時，計算得到DFIG有功控制回路采用上述4種PI參數(shù)時，系統(tǒng)的區(qū)域間功率傳輸極限依次為368 MW、378 MW、468 MW和606 MW。圖10給出了DFIG無功控制回路采取不同PI參數(shù)時，系統(tǒng)的SSSR；同時，DFIG無功控制回路采取上述4種PI參數(shù)時，系統(tǒng)的區(qū)域間功率傳輸極限依次為368 MW、375 MW、462 MW和551 MW。

由圖9和圖10結(jié)果可知，在大規(guī)模風電遠距離外送場景下，DFIG變流器的控制參數(shù)對于電網(wǎng)的SSSR具有顯著影響。有功控制回路和無功控制回路的PI參數(shù)對系統(tǒng)低頻振蕩的影響具有類似的規(guī)律：比較而言，積分系數(shù)對于系統(tǒng)的低頻振蕩特性的影響更為顯著，在積分系數(shù)較大時，比例系數(shù)的影響很?。惠^小的比例系數(shù)與積分系數(shù)更有利于改善系統(tǒng)的低頻振蕩穩(wěn)定特性；盡管從風機自身的控制特性考慮，較大的比例系數(shù)和較大的積分系數(shù)可保障較好的功率跟蹤特性，卻會顯著惡化系統(tǒng)的低頻振蕩特性。

針對場景B，以系統(tǒng)的SSSR最大為目標，綜合調(diào)整DFIG的有功和無功控制回路PI參數(shù)，所得到的系統(tǒng)SSSR如圖11所示。

圖9 有功控制回路采用不同PI參數(shù)時系統(tǒng)的SSSRFig.9 SSSR for different PI parameters of active-power control loop

圖10 無功控制回路采取不同PI參數(shù)時系統(tǒng)的SSSRFig.10 SSSR for different PI parameters of reactive-power control loop

圖11 場景A和場景B的SSSRFig.11 SSSR for Case A and Case B

由圖11結(jié)果可知，通過合理地整定DFIG的PI參數(shù)，可降低DFIG接入對系統(tǒng)低頻振蕩的不利影響，甚至可擴大系統(tǒng)的SSSR。因此，從系統(tǒng)整體安全穩(wěn)定運行的角度，大型風電場并網(wǎng)時，需綜合考慮風電場接入電網(wǎng)的特性，合理設定變流器控制參數(shù)，以降低引發(fā)系統(tǒng)低頻振蕩的風險。

4 結(jié)論

本文計算了雙饋風電場并網(wǎng)后系統(tǒng)的SSSR，對比分析了風電場接入前后系統(tǒng)SSSR的變化，借助時域仿真探索了SSSR的變化機理。結(jié)果表明，雙饋風電場并網(wǎng)后會對系統(tǒng)的低頻振蕩特性產(chǎn)生顯著影響，其影響的大小與輸電距離和DFIG勵磁回路控制參數(shù)相關(guān)；DFIG勵磁控制回路采用較大的比例系數(shù)和積分系數(shù)時會顯著惡化系統(tǒng)的小擾動穩(wěn)定特性，而采用較小的比例系數(shù)和積分系數(shù)時可以降低系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩的風險。因此，建議借助SSSR，從系統(tǒng)可安全穩(wěn)定運行的整體出發(fā)，對并網(wǎng)風電場的PI參數(shù)進行合理整定，以保證系統(tǒng)的小擾動穩(wěn)定。

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