提高雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的控制策略

徐超，盧錦玲，張潔，周進(jìn)龍

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

提高雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的控制策略

徐超，盧錦玲，張潔，周進(jìn)龍

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

提出了改善雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的變頻器控制策略。首先，分析了雙饋感應(yīng)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型和控制原理。其次，在雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)有功控制環(huán)節(jié)中引入暫態(tài)功角控制，利用風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化，短時(shí)吸收或者釋放部分旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，加速系統(tǒng)不平衡能量的衰減，減小系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)功角波動(dòng);在無(wú)功控制環(huán)節(jié)中引入暫態(tài)電壓控制，系統(tǒng)故障電壓跌落后進(jìn)行快速無(wú)功補(bǔ)償，支持電網(wǎng)電壓的恢復(fù)和重建;提出了能夠同時(shí)改善電網(wǎng)暫態(tài)功角穩(wěn)定和暫態(tài)電壓穩(wěn)定的控制策略。最后，在DigSILENT/Power Factory中進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果驗(yàn)證了提出控制策略的有效性及其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。

雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī);變頻器控制;不平衡能量;暫態(tài)穩(wěn)定

1 引言

風(fēng)力發(fā)電作為一種發(fā)展迅速的可再生能源，由小規(guī)模地接入配電網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展為大規(guī)模地接入輸電網(wǎng)絡(luò)，呈現(xiàn)出了與以往不同的特點(diǎn)?；陔p饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(Doubly-Fed Induction Generator，DFIG)的變速恒頻風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率解耦，并且能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)組有功、無(wú)功功率解耦控制，目前逐步取代基于普通異步發(fā)電機(jī)的恒速風(fēng)電機(jī)組，成為市場(chǎng)上的主流機(jī)型［1，2］。

在常規(guī)控制方式下，為實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大化利用和獲得較好的功率因數(shù)，DFIG機(jī)組一般采用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制和恒功率因數(shù)控制方式，其穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)向電網(wǎng)輸出最大有功的同時(shí)并不從電網(wǎng)吸取無(wú)功。然而，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，DFIG機(jī)組失去了維持電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的能力，其對(duì)電網(wǎng)慣量的貢獻(xiàn)、不平衡功率的阻尼作用和暫態(tài)電壓支持能力幾乎為零［3，4］。因此，隨著風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越(LVRT)能力的實(shí)現(xiàn)，如何使其能夠像同步發(fā)電機(jī)那樣有效地調(diào)控，提高風(fēng)電接入系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性成為近幾年研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)［5，6］研究了風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，指出基于DFIG機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響要好于在同一地點(diǎn)接入相同容量的同步發(fā)電機(jī)組;文獻(xiàn)［7］將DFIG機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器暫態(tài)電壓控制和槳距角控制相結(jié)合，改善了基于DFIG機(jī)組的并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，提高了風(fēng)電機(jī)組LVRT能力;文獻(xiàn)［8，9］利用風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化暫存系統(tǒng)故障時(shí)的不平衡能量，提出了改善接入系統(tǒng)同步穩(wěn)定風(fēng)電機(jī)組控制策略，但對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)電壓支持能力較弱;文獻(xiàn)［10］在DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制環(huán)節(jié)中加入了PSS模塊，能夠有效增加系統(tǒng)阻尼，在一定程度上抑制系統(tǒng)功率振蕩，但對(duì)系統(tǒng)大擾動(dòng)引起功率振蕩阻尼效果不夠理想。

增加能量函數(shù)沿運(yùn)動(dòng)軌跡的下降率，能夠加速系統(tǒng)不平衡能量的衰減，基于此在DFIG機(jī)組有功控制環(huán)節(jié)引入暫態(tài)功角控制，利用風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化吸收故障期間的不平衡能量，能有效抑制接入系統(tǒng)功角振蕩，風(fēng)電機(jī)組本身沒(méi)有功角穩(wěn)定問(wèn)題，其轉(zhuǎn)速的波動(dòng)不會(huì)引起功角失穩(wěn);同時(shí)在無(wú)功控制環(huán)節(jié)中引入暫態(tài)電壓控制，能有效地提高DFIG對(duì)系統(tǒng)的暫態(tài)電壓支持能力。以此為前提，本文提出了能夠同時(shí)改善電網(wǎng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性和暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的DFIG機(jī)組變頻器控制策略，并分析了機(jī)組運(yùn)行約束對(duì)控制效果的影響。最后，基于DigSILENT/ Power Factory平臺(tái)搭建仿真系統(tǒng)進(jìn)一步驗(yàn)證所提出控制策略的有效性和正確性。

2 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

2.1 空氣動(dòng)力學(xué)模型

風(fēng)電機(jī)組從風(fēng)中捕獲的功率可表示為［11］:

式中，PM為風(fēng)電機(jī)組從風(fēng)中獲取的能量轉(zhuǎn)化成風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械功率;ρ為空氣密度;R為風(fēng)力機(jī)葉輪半徑;λ為葉尖速比;β為槳距角;Cp為葉片的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，是λ和β的函數(shù)，改變?chǔ)伺cβ可以改變Cp的大小;VW為風(fēng)速。

2.2 槳距角控制

本文采用如圖1所示的變槳距角控制策略，圖中Popt為當(dāng)前風(fēng)速下最優(yōu)輸出功率，Pref為風(fēng)電機(jī)組有功參考值，槳距角控制模塊對(duì)Pref與Popt進(jìn)行比較，其誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)PI控制器，確定槳距角調(diào)節(jié)量Δβ，為了避免槳距角機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作，在控制回路中引入比較環(huán)節(jié)，僅在機(jī)組不平衡功率大于某個(gè)閾值時(shí)啟動(dòng)槳距角調(diào)節(jié)。圖中ωr為轉(zhuǎn)子測(cè)量轉(zhuǎn)速，ωref為轉(zhuǎn)子參考轉(zhuǎn)速。

圖1 變槳距角控制框圖Fig．1 Block diagram of pitch angle control

2.3 DFIG數(shù)學(xué)模型和功率解耦控制

DFIG機(jī)組轉(zhuǎn)子電壓urd和urq不等于0，通過(guò)控制轉(zhuǎn)子外接電壓值可實(shí)現(xiàn)DFIG機(jī)組發(fā)出的有功功率和無(wú)功功率的控制，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下DFIG發(fā)電機(jī)的電壓方程為［7］:

磁鏈方程為:

式中，u、i、ψ為繞組的電壓、電流及磁鏈;R為繞組的電阻;Ls、Lr為定、轉(zhuǎn)子繞組的自感;Lm為定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間的互感;下標(biāo)s、r分別表示機(jī)組的定子與轉(zhuǎn)子;下標(biāo)d、q分別表示電機(jī)的d、q軸繞組; ωs為同步轉(zhuǎn)速;s為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。

工頻下，忽略定子電阻Rs，采用定子電壓定向控制，將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d軸與定子電壓矢量方向相同，可以得出usd=Us，usq=0。根據(jù)式(2)和式(3)可得，DFIG定子側(cè)有功和無(wú)功功率可以表示為:

從式(4)可以看出，通過(guò)控制轉(zhuǎn)子繞組有功電流分量ird可以實(shí)現(xiàn)對(duì)定子側(cè)有功Ps的控制，通過(guò)控制轉(zhuǎn)子繞組無(wú)功電流分量irq可以實(shí)現(xiàn)對(duì)定子側(cè)無(wú)功Qs的控制，ird與irq不存在耦合關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了DFIG定子側(cè)有功功率與無(wú)功功率的解耦控制。對(duì)轉(zhuǎn)子電流的控制是通過(guò)控制轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器外加電壓間接實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)加入前饋補(bǔ)償，便可以實(shí)現(xiàn)電壓的解耦控制。轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制框圖如圖2所示，常規(guī)控制方式下，一般采用恒功率因數(shù)控制方式，Pref可以根據(jù)最大功率追蹤確定，Qref根據(jù)額定功率因數(shù)確定:Qref=Preftanφ，一般情況下取cosφ=1，即Qref=0。

圖2 轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制框圖Fig．2 Block diagram of rotor-side converter control

3 DFIG暫態(tài)穩(wěn)定控制策略

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，通常采用最大功率點(diǎn)追蹤策略和恒功率因數(shù)控制策略，不能有效減小電網(wǎng)故障時(shí)的功角波動(dòng)和電壓波動(dòng)。利用雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功和無(wú)功快速調(diào)節(jié)能力，短時(shí)增加或減少風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功功率和無(wú)功功率，通過(guò)DFIG機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化暫存故障期間不平衡能量，并為系統(tǒng)提供快速無(wú)功補(bǔ)償，能夠同時(shí)改善電網(wǎng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性和暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。該控制策略包括有功控制和無(wú)功控制兩個(gè)通道，分別通過(guò)控制轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器有功、無(wú)功電流分量控制雙饋風(fēng)電機(jī)組有功、無(wú)功的出力。

3.1 暫態(tài)功角控制策略

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率解耦，不存在功角穩(wěn)定問(wèn)題，因此可以利用DFIG機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化暫存故障期間系統(tǒng)的不平衡能量，改善系統(tǒng)的同步穩(wěn)定。為此，需要構(gòu)造系統(tǒng)的能量函數(shù)。本文采用文獻(xiàn)［9，12］給出的基于能量守恒定律構(gòu)造能量函數(shù)的方法。

對(duì)一個(gè)包含風(fēng)電場(chǎng)的n節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)，采用結(jié)構(gòu)保留模型，根據(jù)基爾霍夫電流定律，節(jié)點(diǎn)電流方程可以表示為:

式中，UBUS、IG、IL和IW分別是節(jié)點(diǎn)電壓、同步機(jī)發(fā)電注入電流、負(fù)荷電流以及風(fēng)機(jī)注入電流，均為n維復(fù)向量;YBUS為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。方程式(5)在系統(tǒng)運(yùn)行的任意時(shí)刻都滿足，因此在系統(tǒng)軌跡上的任意一點(diǎn)，均有:

對(duì)上式取虛部，并沿系統(tǒng)軌跡積分有:

設(shè)發(fā)電機(jī)采用經(jīng)典二階模型、負(fù)荷采用恒功率模型，網(wǎng)絡(luò)方程擴(kuò)展到發(fā)電機(jī)內(nèi)節(jié)點(diǎn)。由于系統(tǒng)的功角振蕩主要和有功功率的波動(dòng)有關(guān)，因此，可以忽略網(wǎng)絡(luò)無(wú)功功率傳輸［13］，對(duì)DFIG機(jī)組，考慮DFIG機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)采用最大功率點(diǎn)追蹤控制策略，則式(7)中風(fēng)電場(chǎng)部分為:

式中，θi為風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓與慣性中心(COI)的夾角;Popti為風(fēng)電場(chǎng)i的最優(yōu)輸出功率。

從式(7)、式(8)出發(fā)可推導(dǎo)出包含風(fēng)電場(chǎng)的系統(tǒng)的能量函數(shù):

式中，Bii為i節(jié)點(diǎn)的自電納;Bij為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的電納;Ui為節(jié)點(diǎn)i的電壓;θij=θi－θj為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的相角差;Mi為同步發(fā)電機(jī)i的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Pmi為同步發(fā)電機(jī)i的機(jī)械功率;ωi為同步發(fā)電機(jī)i的轉(zhuǎn)速;δi為同步發(fā)電機(jī)i的功角;PLi和QLi分別為負(fù)荷有功、無(wú)功功率。

對(duì)式(9)求導(dǎo)可得:

式中，Di為第i臺(tái)同步發(fā)電機(jī)阻尼系數(shù)。由式(10)可知，系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定［14］。

考慮對(duì)風(fēng)電場(chǎng)施加附加控制:

則系統(tǒng)的能量變化率為:

取反饋控制:

則式(12)變?yōu)?

可見(jiàn)控制規(guī)律式(13)可加速系統(tǒng)不平衡能量的衰減，改善系統(tǒng)的同步穩(wěn)定。通過(guò)調(diào)節(jié)DFIG有功參考值Pref可短時(shí)改變風(fēng)電機(jī)組有功出力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定控制，該控制策略原理框圖如圖3所示。其中隔直環(huán)節(jié)sT1/(1+sT1)是一種高通濾波器，可以避免DFIG對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)波動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速保護(hù)模塊可以防止DFIG深度調(diào)節(jié)而使轉(zhuǎn)子超速，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于設(shè)定的門檻值時(shí)，轉(zhuǎn)速保護(hù)模塊將ΔPW設(shè)為0，不再參與系統(tǒng)穩(wěn)定控制，本文取ωmax=1.3pu (ωmax為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速最大值)。

圖3 DFIG暫態(tài)功角控制框圖Fig．3 Control diagram of DFIG with transient angle control

3.2 暫態(tài)電壓控制策略

短路容量一定時(shí)，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)主要由無(wú)功功率變化決定，DFIG機(jī)組常規(guī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的無(wú)功參考值Qopt通常設(shè)定為0或一個(gè)固定值，即恒功率因數(shù)控制。因此，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障電壓下降時(shí)，按照常規(guī)的控制策略風(fēng)電機(jī)組不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的暫態(tài)電壓支持。本文將風(fēng)電場(chǎng)機(jī)端電壓引入到轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制模型中，通過(guò)機(jī)端電壓與設(shè)定的電壓參考值進(jìn)行比較，進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的無(wú)功功率，參與節(jié)點(diǎn)電壓重建，從而保證風(fēng)電機(jī)機(jī)端電壓能在故障后快速恢復(fù)到正常值，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。改進(jìn)的具有暫態(tài)電壓支持能力的轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器無(wú)功控制策略如圖4所示。

圖4 DFIG暫態(tài)電壓控制框圖Fig．4 Control diagram of DFIG with transient voltage control

需要指出的是，DFIG機(jī)組對(duì)電網(wǎng)提供無(wú)功支持時(shí)，不僅受到轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器容量的限制，并且故障時(shí)，其Crowbar保護(hù)可能動(dòng)作，DFIG機(jī)組將失去暫態(tài)無(wú)功支持能力，因此，實(shí)際運(yùn)行時(shí)DFIG的無(wú)功支持能力有限。

4 DFIG運(yùn)行約束對(duì)控制效果的影響

DFIG機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行控制時(shí)，不僅受控制參數(shù)的影響，也受到自身運(yùn)行限制的約束。DFIG機(jī)組功率極限受到轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器最大電流和定子繞組最大電流的約束［15］:

(1)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器最大電流限制?？紤]轉(zhuǎn)子側(cè)電流約束，DFIG輸出的有功和無(wú)功關(guān)系式為:

式中，Pg、Qg為風(fēng)電機(jī)組輸出的有功、無(wú)功;Xm為勵(lì)磁電抗;Us為定子側(cè)電壓;X1為定子漏抗;Ir為轉(zhuǎn)子電流;Irmax為轉(zhuǎn)子電流最大值。

(2)定子繞組最大電流限制?？紤]定子電流約束，DFIG輸出的有功和無(wú)功關(guān)系式為:

式中，Is為定子電流;Ismax為定子電流最大值。

由式(15)和式(16)可得，當(dāng)定子側(cè)電壓保持1.0pu時(shí)，2MW雙饋機(jī)組運(yùn)行約束，如圖5所示。圖中虛線和實(shí)線分別表示轉(zhuǎn)子側(cè)、定子側(cè)最大電流運(yùn)行極限，水平線為DFIG機(jī)組靜穩(wěn)極限，其坐標(biāo)為(0，－3Us2/Xs)，當(dāng)DFIG吸收無(wú)功大于－3U2s/Xs時(shí)將變得不穩(wěn)定。

圖5 2MW DFIG機(jī)組運(yùn)行約束Fig．5 Operating constraints of2MW DFIG

實(shí)際運(yùn)行時(shí)需通過(guò)限幅環(huán)節(jié)限制其參與系統(tǒng)穩(wěn)定控制程度，防止DFIG機(jī)組超過(guò)其運(yùn)行限制。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行具有較大裕度時(shí)，其穩(wěn)定控制能力較顯著，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在額定狀態(tài)附近時(shí)，其穩(wěn)定控制效果受自身運(yùn)行限制的約束較大。

5 算例與結(jié)果分析

5.1 算例系統(tǒng)

本文基于DigSILENT/Power Factory平臺(tái)，在美國(guó)西部電網(wǎng)WSCC3機(jī)9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中接入風(fēng)電機(jī)組構(gòu)建仿真系統(tǒng)(如圖6所示)，以檢驗(yàn)所提出控制策略的有效性。

圖6 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig．6 Network for simulation

潮流計(jì)算中母線1為平衡節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)總負(fù)荷為315MW，同步發(fā)電機(jī)G2出力為125MW，風(fēng)電場(chǎng)出力為85MW，同步發(fā)電機(jī)G1和G2均配有標(biāo)準(zhǔn)IEEE調(diào)速系統(tǒng)，風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量為120MW，均由2MW DFIG風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成，定子出口處額定電壓為690V，機(jī)組參數(shù)為:Rs=0.01pu，Xs=0.1pu，Rr=0.01pu，Xr=0.1pu，Xm=3.5pu，Jw=75kg·m2。系統(tǒng)故障取三相短路，故障地點(diǎn)為母線8，故障在t=1s時(shí)發(fā)生，本文通過(guò)算例1和算例2分析不同控制方式下系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)功角和DFIG機(jī)組狀態(tài)量故障后波動(dòng)情況。

5.2 算例分析

(1)算例1。系統(tǒng)短路故障切除時(shí)間為0.15s，圖7為DFIG分別采用傳統(tǒng)的控制策略和本文的控制策略情況下系統(tǒng)同步機(jī)功角和DFIG機(jī)組狀態(tài)量仿真結(jié)果。

圖7 算例1故障下系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)Fig．7 Simulation results under first case

從圖7可以看出，同采用常規(guī)控制策略相比，采用本文的控制策略時(shí)系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)功角波動(dòng)減小，且能夠較快地恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。DFIG機(jī)組通過(guò)自身轉(zhuǎn)速的變化，短時(shí)吸收或釋放部分旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，暫存系統(tǒng)不平衡能量，抑制系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)功角振蕩，風(fēng)電機(jī)組輸出功率和轉(zhuǎn)速波動(dòng)增大。同時(shí)采用暫態(tài)電壓控制策略后，在故障期間和故障切除后，DFIG機(jī)組都能夠動(dòng)態(tài)控制發(fā)電機(jī)發(fā)出的無(wú)功功率為系統(tǒng)電壓恢復(fù)提供支持，故障期間，系統(tǒng)電壓跌落幅度減小，且故障切除后能較快地恢復(fù)正常值，其暫態(tài)電壓支持效果明顯。

(2)算例2。系統(tǒng)短路故障切除時(shí)間為0.2s，圖8為DFIG分別采用傳統(tǒng)的控制策略和本文的控制策略情況下系統(tǒng)同步機(jī)功角和DFIG機(jī)組狀態(tài)量仿真結(jié)果。

圖8 算例2故障下系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)Fig．8 Simulation results under second case

從圖8可以看出，隨著故障持續(xù)時(shí)間的增加，當(dāng)采用常規(guī)控制策略時(shí)，系統(tǒng)已失去暫態(tài)穩(wěn)定，同步發(fā)電機(jī)功角和風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)量開始振蕩;采用本文的控制策略時(shí)，DFIG機(jī)組能夠通過(guò)加速系統(tǒng)不平衡能量的衰減并提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支持使系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，其暫態(tài)穩(wěn)定有所提高。

6 結(jié)論

利用DFIG機(jī)組快速有功和無(wú)功調(diào)節(jié)能力，在轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器有功控制環(huán)節(jié)中引入暫態(tài)功角控制，通過(guò)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，快速儲(chǔ)存或釋放轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，加速系統(tǒng)不平衡能量的衰減，能夠改善系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定性;在無(wú)功控制環(huán)節(jié)中引入暫態(tài)電壓控制，能夠在系統(tǒng)故障電壓跌落后進(jìn)行快速無(wú)功補(bǔ)償，支持電網(wǎng)電壓的恢復(fù)和重建，提高系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定。

本文的控制策略在改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)會(huì)加劇DFIG機(jī)組轉(zhuǎn)速和軸系的波動(dòng)，但DFIG機(jī)組可變速運(yùn)行，本身沒(méi)有功角穩(wěn)定問(wèn)題，因此，轉(zhuǎn)速波動(dòng)不會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

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Control strategy for transient stability im provement of doubly-fed w ind power generation system

XU Chao，LU Jin-ling，ZHANG Jie，ZHOU Jin-long
(School of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China)

A novel inverter control strategy to enhance transient stability of grid-connected wind farm based on doubly-fed induction generator(DFIG)is presented．Firstly，the dynamicmodel and control principle of DFIG are analyzed．Secondly，adding transient voltage control strategy in the rotor side converter active control loop can dissipate the system unbalancing energy to restrain the system oscillations by the variation ofwind turbine speed．Adding transient voltage control strategy in reactive control loop can provide fast reactive power compensation and support the restoration and reconstruction of the grid voltage when fault occurred．The control strategy which can improve the transient angle stability and transient voltage stability at the same time is put forward．Finally，a testing system including a DFIG-based wind farm is realized using DigSILENT/Power Factory，and the strategy validation and the contribution to power system stability enhancement are verified by simulation．

doubly-fed induction generator;inverter control;unbalancing energy;transient stability

TM614;TM743

A

1003-3076(2015)06-0045-07

2014-01-14

徐超(1989-)，男，山東籍，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行、分析與控制;盧錦玲(1971-)，女，山東籍，副教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行、分析與控制。