基于SVG的風(fēng)電場(chǎng)接入局域電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性分析

摘要：研究了用靜止無功發(fā)生器(SVG)改善基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。在DIgSILENT／PowerFactory中建立了雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組及SVG控制模型，通過包含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)仿真，驗(yàn)證了SVG對(duì)風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的作用。仿真結(jié)果表明，SVG能夠有效地幫助風(fēng)電場(chǎng)在電網(wǎng)發(fā)生故障后迅速恢復(fù)電壓，提高風(fēng)電場(chǎng)的故障穿越能力，確保風(fēng)電機(jī)組連續(xù)運(yùn)行及電網(wǎng)安全穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)；暫態(tài)電壓穩(wěn)定性：靜止無功發(fā)生器；風(fēng)電場(chǎng)

0 引言
近期，柔性交流輸電設(shè)備已經(jīng)被使用，以控制潮流和電力系統(tǒng)震蕩。它們能夠增加輸電線路的傳輸能力和穩(wěn)態(tài)電壓的調(diào)節(jié)，提供暫態(tài)電壓支持，避免系統(tǒng)振蕩。柔性交流輸電設(shè)備也能夠被使用在風(fēng)電場(chǎng)，提高整個(gè)系統(tǒng)的的暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。SVG是柔性交流輸電設(shè)備中的一員，在風(fēng)電場(chǎng)能夠被有效的使用，提供暫態(tài)電壓支持。換言之，SVG是一個(gè)無功功率發(fā)生器。SVG是一個(gè)無功功率補(bǔ)償裝置，它能夠發(fā)出和吸收無功功率，調(diào)節(jié)電壓和提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。在各種不同的運(yùn)行條件下，SVG能夠提供系統(tǒng)所必需的無功功率，動(dòng)態(tài)地控制系統(tǒng)連接點(diǎn)處的電壓。
本文對(duì)SVG動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的無功功率，從而提高風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，在DIgSILENT／PowerFactory中建立了SVG控制模型、風(fēng)電場(chǎng)等值模型，通過含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)仿真計(jì)算驗(yàn)證了模型的有效性，并對(duì)各種仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。

1 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)
1. 1 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型
雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上類似繞線轉(zhuǎn)子式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，它的定子繞組與三相恒頻電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子繞組通過背靠背變頻器與電網(wǎng)相連。轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)定了的有功和無功功率，網(wǎng)側(cè)變頻器可以保持直流側(cè)電壓恒定。為了擁有一個(gè)比較大的運(yùn)行范圍，從次同步速狀態(tài)到超同步速狀態(tài)，例如雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)能夠像發(fā)電機(jī)一樣工作在次同步速狀態(tài)(s>0)和超同步速狀態(tài)(s0)，功率變頻器能夠產(chǎn)生潮流在兩個(gè)方向。這就是為什么背靠背變頻器需要被配置的原因。
1．2 風(fēng)力機(jī)模型
根據(jù)貝茲理論，風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功為：

式中，ρ是空氣密度(kg／m3)，R為風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪半徑(m)，Cp為風(fēng)能利用系數(shù)，Vw為風(fēng)速(m／s)。
由于通過風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面的風(fēng)能不能全部被風(fēng)輪吸收利用，定義風(fēng)能利用系數(shù)Cp來表征風(fēng)力機(jī)效率，它是葉尖速比λ和槳葉節(jié)距角β的函數(shù)Cp(λ，β)。其中，葉尖速比λ是風(fēng)輪葉尖線速度與風(fēng)速之比的函數(shù)：

式中，ωm為風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械角速度(rad／s)。
1．3 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
文中使用dq兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型：


由于電磁轉(zhuǎn)矩、功率方程和運(yùn)動(dòng)方程與三相靜止坐標(biāo)系下的相同，故其電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式可變?yōu)椋?br />
這樣，基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力機(jī)模型如圖1所示。