含雙饋機組的風電系統(tǒng)并網點電壓穩(wěn)定性研究

李詩怡 李姿* 沈陽工學院 信息與控制學院

隨著國家對可再生能源發(fā)電的高度重視，風電已成為具有規(guī)模化開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的新能源。其中雙饋機組已成為我國風電場的主流機型。

雙饋風力發(fā)電機采用四象限大功率電力電子變流器與電網連接，通過變流器的控制實現(xiàn)有功、無功的解耦，其自身無功調節(jié)能力可以廣泛應用于風電場的無功調節(jié)。此外調度部門建立無功補償設備，通過充分利用DFIG和無功補償設備協(xié)調實現(xiàn)整個風電場無功功率調節(jié)，從而使整個電網無功功率的平衡。

本文通過對分散式風電場電壓控制點的偏差計算出風場的無功需求，當DFIG無功輸出能力滿足電網需求時，以網損最小進行無功分配；當DFIG不能滿足電網需求，則通過DFIG與SVC協(xié)調配合進行無功優(yōu)化，實現(xiàn)降低風機損耗的無功優(yōu)化控制策略。

1 雙饋風機運行特性

1.1 雙饋風力發(fā)電機無功功率極限

雙饋風力發(fā)電機在定子側采用發(fā)電機的轉動慣例，轉子側采用電動機的轉動慣例，其等效電路如圖1所示。

圖 1雙饋型異步發(fā)電機等效電路

1.2 單臺風機無功功率參考值計算

計算單臺風機的無功損耗時，忽略變換器的損耗（包括鐵損和機械損耗等），DFIG的損耗主要為定、轉子的銅耗。

單臺風機輸出的無功功率值為時，對應的無功損耗的最小值為

QX*=-3XSRrU2s/X2m+R2sRr+X2s+Rr

2 風電場級的無功優(yōu)化

大型含雙饋發(fā)電機組的風電場與弱電網相連時，需要強大的無功功率支撐控制中樞點電壓；大型含雙饋發(fā)電機組的風電場與強電網相連時，由于無功出力的限制，無法獨立調節(jié)節(jié)點電壓。所以本文利用機組的無功無力對電網中某個節(jié)點進行控制，對該點后的用戶進行無功動態(tài)補償。

整體的無功優(yōu)化流程,下層是自帶獨立控制器的雙饋變速恒頻風電機組，通過內部網絡與風場的監(jiān)控系統(tǒng)通訊。監(jiān)控系統(tǒng)一方面監(jiān)測每臺風機的運行情況，另一方面與上一層電網調度系統(tǒng)交換數(shù)據。電網調度系統(tǒng)采集風電場整體的運行數(shù)據，分析無功功率的參考命令，向風場監(jiān)控系統(tǒng)下達電網調度指令。

3 算例分析

本文采用電力系統(tǒng)暫態(tài)分析軟件 (Power System Computer Aided Design，PSCAD）對某地實際風電場進行仿真分析，驗證本文提出的控制策略的準確性。算例系統(tǒng)接線圖如圖2所示。

圖 2算例系統(tǒng)

在同一風電場，以某1.5MW雙饋風電機組為例，模擬機組的外部環(huán)境相同，設置對照組實驗，優(yōu)化前采用的是機組按單位功率因數(shù)運行，并在升壓站低壓側安裝無功補償設備；優(yōu)化后是采用本章的無功功率協(xié)調控制方案，最大限度利用風機的無功調節(jié)輸出，并在主變壓器低壓側安裝了無功補償設備。每臺變壓器將風力發(fā)電機的出口電壓升高至35kV并接入電網。

本方案調節(jié)后，可以有效降低35kV節(jié)點電壓，使其波動減小，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。優(yōu)化前主要依靠無功補償設備發(fā)出無功，補償無功損耗。優(yōu)化后由風機本身與無功補償設備協(xié)調補償，節(jié)約了無功補償設備容量。

4 結論

雙饋變速恒頻風力發(fā)電機組由于超高的性價比，成為了目前的主流機型?，F(xiàn)實中，雙饋風力發(fā)電機組往往采用恒功率因數(shù)運行。針對這一問題，利用PSCAD軟件，搭建了某實際風電場的雙饋機組，采用本文的無功調控策略，與風電場原無功調控方案進行比較，進行仿真驗證，可以得出本文所提出的控制策略能充分發(fā)揮風電機組的快速無功調節(jié)能力，對現(xiàn)實中風電機組的運行有一定的借鑒與指導意義。

參考文獻 ( References):

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[2]王成福，梁軍，馮江霞.故障時刻風電系統(tǒng)無功電壓協(xié)調控制策略，2011，31( 9)：14-21.