基于雙饋風(fēng)電機(jī)組的分布式動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)

黃弘揚(yáng)，王 波，黃曉明，樓伯良，卓谷穎，華 文，吳跨宇

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基于雙饋風(fēng)電機(jī)組的分布式動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)

黃弘揚(yáng)1，王 波2，黃曉明1，樓伯良1，卓谷穎1，華 文1，吳跨宇1

(1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 310007)

充分挖掘風(fēng)電機(jī)組的無功電壓調(diào)節(jié)能力對(duì)改善電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性有重要意義。首先定量分析了實(shí)際商用雙饋風(fēng)電機(jī)組的無功調(diào)節(jié)能力及限制因素，指出雙饋風(fēng)電機(jī)組具備較強(qiáng)的無功功率輸出和吸收能力。繼而提出了一種利用雙饋風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)分布式動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)的構(gòu)想及其實(shí)現(xiàn)方案。該系統(tǒng)可充分發(fā)揮雙饋風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)能力，有效提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備,并顯著改善雙饋風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。實(shí)際浙江電網(wǎng)的仿真結(jié)果驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性和有效性。

風(fēng)力發(fā)電；雙饋風(fēng)電機(jī)組；無功功率；電壓穩(wěn)定；分布式動(dòng)態(tài)無功支撐

0 引言

雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)是風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型[1-5]。如何提高DFIG的故障穿越能力、輔助頻率調(diào)節(jié)能力和無功電壓調(diào)節(jié)能力，以及如何改善大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的安全穩(wěn)定特性，是目前亟待解決的關(guān)鍵問題[6-10]。

針對(duì)DFIG風(fēng)電場(chǎng)的無功電壓控制問題已有大量研究。文獻(xiàn)[11-12]從機(jī)組熱穩(wěn)定性和靜態(tài)穩(wěn)定性角度分析DFIG的無功功率調(diào)節(jié)能力極限。文獻(xiàn)[13-18]利用DFIG無功功率調(diào)節(jié)能力，提出風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)無功電壓控制的基本方法和優(yōu)化策略。文獻(xiàn)[19]在此基礎(chǔ)上提出DFIG風(fēng)電場(chǎng)的高壓側(cè)電壓控制策略。文獻(xiàn)[20]針對(duì)電網(wǎng)電壓不平衡問題提出DFIG風(fēng)電場(chǎng)負(fù)序電壓控制策略。在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部無功補(bǔ)償設(shè)備協(xié)調(diào)控制方面，文獻(xiàn)[21]提出DFIG和靜止同步補(bǔ)償器(STATic synchronous COMpensator, STATCOM)的協(xié)調(diào)控制策略，以平抑風(fēng)電場(chǎng)的無功波動(dòng)。文獻(xiàn)[22-23]提出DFIG和靜止無功補(bǔ)償器(Static Var Compensator, SVC)的協(xié)調(diào)控制策略，以提高機(jī)組無功電壓裕度、解決風(fēng)電場(chǎng)的二次跳機(jī)問題。

本文首先分析了實(shí)際商用雙饋風(fēng)電機(jī)組的無功調(diào)節(jié)能力及限制因素，繼而提出了利用DFIG作為電力系統(tǒng)分布式動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)的構(gòu)想。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出一種DFIG風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)，可充分發(fā)揮DFIG無功調(diào)節(jié)能力，同時(shí)又能避免DFIG機(jī)端電壓越限。最后，通過仿真算例驗(yàn)證了前述技術(shù)在解決實(shí)際電網(wǎng)無功電壓?jiǎn)栴}方面的有效性。

1 DFIG系統(tǒng)的無功功率調(diào)節(jié)能力

1.1 DFIG系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

DFIG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與潮流分布如圖1所示。圖中：s和s為DFIG定子側(cè)的有功和無功功率；r和r為DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)的有功和無功功率；g和g為DFIG網(wǎng)側(cè)變流器的有功和無功功率；t和t為DFIG系統(tǒng)輸出的總有功和無功功率。

圖1 DFIG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由圖1可知：

(2)

忽略損耗的條件下，DFIG系統(tǒng)各有功功率間存在如下關(guān)系。

(4)

式中，為DFIG轉(zhuǎn)差率。

1.2 DFIG定子側(cè)的無功功率調(diào)節(jié)能力

DFIG系統(tǒng)的定子繞組和網(wǎng)側(cè)變流器均具備無功功率調(diào)節(jié)能力。DFIG定子側(cè)功率的運(yùn)行范圍受定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組以及轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流限值約束。DFIG定子電流s和轉(zhuǎn)子電流r可寫成[19]

(6)

式中：s和m為DFIG的定子電抗和勵(lì)磁電抗；s為DFIG機(jī)端電壓。

由式(5)可知，在定子繞組電流限值s,max的限制下，定子側(cè)無功功率s的運(yùn)行范圍為

其中：

(8)

由式(6)可知，在轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流限值r,max(r,max為兩者中的較小值)的限制下，定子側(cè)無功功率s的運(yùn)行范圍為

(10)

其中：

(12)

DFIG定子側(cè)無功功率s同時(shí)受到式(7)和式(10)的約束。式(8)~式(12)表明，DFIG定子側(cè)無功功率調(diào)節(jié)能力不僅受定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流限值約束，而且還與DFIG機(jī)組定子電抗和勵(lì)磁電抗參數(shù)、機(jī)端電壓以及定子側(cè)有功功率有關(guān)。

以附錄中浙江某風(fēng)電場(chǎng)1.5 MW商用DFIG機(jī)組為例，圖2根據(jù)式(7)至式(12)給出了額定機(jī)端電壓下DFIG定子側(cè)無功功率的運(yùn)行范圍。圖中：定子繞組電流限值約束曲線與轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流限值約束曲線間陰影區(qū)域?yàn)槎ㄗ觽?cè)無功功率的允許運(yùn)行范圍。從圖2可以得出以下結(jié)論。

(1) DFIG定子側(cè)的無功功率輸出能力主要受轉(zhuǎn)子繞組電流限值約束，無功功率吸收能力主要受定子繞組電流限值約束。

(2) DFIG定子側(cè)輸出和吸收無功功率的能力是不對(duì)稱的，無功吸收能力強(qiáng)于無功輸出能力。

(3) 額定機(jī)端電壓下，DFIG定子側(cè)最大無功輸出能力隨有功功率變化在0~1.0 Mvar(對(duì)應(yīng)于0~77%的定子側(cè)額定容量)范圍內(nèi)變化。

(4) 額定機(jī)端電壓下，DFIG定子側(cè)最大無功吸收能力隨有功功率變化在0~1.3 Mvar(對(duì)應(yīng)于0~100%的定子側(cè)額定容量)范圍內(nèi)變化。

圖2 額定機(jī)端電壓下定子側(cè)無功功率運(yùn)行范圍

圖3進(jìn)一步給出了不同機(jī)端電壓下DFIG定子側(cè)無功功率的運(yùn)行范圍。圖中：曲線分別對(duì)應(yīng)于0.9、1.0和1.1倍額定機(jī)端電壓下定子側(cè)的無功功率極限。從圖3可以看出：DFIG定子側(cè)的無功功率運(yùn)行范圍與機(jī)端電壓密切相關(guān)；機(jī)端電壓越低，定子側(cè)無功功率運(yùn)行范圍越小。以定子側(cè)輸出有功功率s為1 MW為例，當(dāng)機(jī)端電壓從1.1p.u.下降至0.9 p.u.后，定子側(cè)無功功率運(yùn)行范圍將從-1.02~0.71 Mvar縮小至-0.62~0.43 Mvar，無功調(diào)節(jié)能力下降約40%。

圖3 定子側(cè)無功運(yùn)行范圍隨機(jī)端電壓的變化情況

1.3 DFIG網(wǎng)側(cè)變流器的無功功率調(diào)節(jié)能力

DFIG網(wǎng)側(cè)變流器功率的運(yùn)行范圍受網(wǎng)側(cè)變流器的電流限值約束。DFIG網(wǎng)側(cè)變流器電流g可寫成：

因此，在網(wǎng)側(cè)變流器電流限值g,max的限制下，網(wǎng)側(cè)變流器無功功率g的運(yùn)行范圍為

(14)

其中：

(16)

式(15)和式(16)表明，DFIG網(wǎng)側(cè)變流器無功功率調(diào)節(jié)能力不僅受網(wǎng)側(cè)變流器電流限值約束，而且還與機(jī)端電壓、網(wǎng)側(cè)變流器有功功率有關(guān)。

仍以前述1.5 MW商用DFIG機(jī)組為例，圖4給出了不同機(jī)端電壓下DFIG網(wǎng)側(cè)變流器的無功功率運(yùn)行范圍。從圖4可以得出以下結(jié)論。

(1) DFIG網(wǎng)側(cè)變流器最大無功輸出和吸收能力是對(duì)稱的。額定機(jī)端電壓下，網(wǎng)側(cè)變流器無功輸出和吸收能力極限隨有功功率變化在0~0.48 Mvar(對(duì)應(yīng)于0~100%的網(wǎng)側(cè)變流器額定容量)范圍內(nèi)變化。

(2) 網(wǎng)側(cè)變流器的無功功率運(yùn)行范圍與機(jī)端電壓密切相關(guān)；機(jī)端電壓越低，網(wǎng)側(cè)變流器無功功率運(yùn)行范圍越小。以網(wǎng)側(cè)變流器輸出有功功率為0.4 MW時(shí)為例，當(dāng)機(jī)端電壓從1.1p.u.下降至0.9 p.u.后，網(wǎng)側(cè)變流器無功運(yùn)行范圍將從±0.35 Mvar縮小至±0.16 Mvar，無功調(diào)節(jié)能力下降約55%。

圖4 網(wǎng)側(cè)變流器無功運(yùn)行范圍隨機(jī)端電壓的變化情況

1.4 DFIG系統(tǒng)的總無功功率調(diào)節(jié)能力

DFIG系統(tǒng)的總無功功率調(diào)節(jié)能力是DFIG定子側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器的無功功率調(diào)節(jié)能力之和。綜合圖3和圖4，不同機(jī)端電壓下DFIG系統(tǒng)的總無功功率運(yùn)行范圍如圖5所示。從圖5可以得出以下結(jié)論。

(1) 額定機(jī)端電壓下，隨有功功率變化，DFIG系統(tǒng)總無功輸出和吸收能力極限分別在0.58~1.51 Mvar和0.78~1.78 Mvar范圍內(nèi)變化。值得注意，即使DFIG系統(tǒng)輸出總有功功率達(dá)到其額定功率1.5 MW，DFIG系統(tǒng)仍具備向外最多輸出0.58 Mvar和向內(nèi)最多吸收0.78 Mvar的無功調(diào)節(jié)能力，分別占DFIG系統(tǒng)總額定容量的39%和52%。

(2) DFIG系統(tǒng)的無功功率運(yùn)行范圍與機(jī)端電壓密切相關(guān)；機(jī)端電壓越低，DFIG總無功功率運(yùn)行范圍越小。以DFIG系統(tǒng)輸出有功功率為1.0 MW時(shí)為例，當(dāng)機(jī)端電壓從1.1p.u.下降至0.9 p.u.后，DFIG系統(tǒng)無功運(yùn)行范圍將從-1.60~1.27 Mvar縮小至-1.11~0.91 Mvar，無功調(diào)節(jié)能力下降約30%。

圖5 DFIG系統(tǒng)總無功運(yùn)行范圍隨機(jī)端電壓的變化情況

2 DFIG風(fēng)電場(chǎng)作為分布式動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)的構(gòu)想及實(shí)現(xiàn)方案

2.1 基本思路

根據(jù)前述分析，DFIG系統(tǒng)具備較強(qiáng)的無功功率調(diào)節(jié)能力。但是目前多數(shù)DFIG風(fēng)電場(chǎng)在實(shí)際運(yùn)行中采用恒定功率因數(shù)控制模式，并沒有充分發(fā)揮DFIG無功電壓調(diào)節(jié)能力。因此如圖6所示，本文通過設(shè)計(jì)DFIG動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)，充分挖掘DFIG系統(tǒng)的無功功率調(diào)節(jié)能力，構(gòu)建基于DFIG風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)分布式動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)，為電網(wǎng)在正常運(yùn)行和緊急故障狀況下提供優(yōu)質(zhì)的動(dòng)態(tài)無功電壓支撐。

圖6 基于DFIG風(fēng)電場(chǎng)的分布式動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)示意圖

這種基于DFIG風(fēng)電場(chǎng)的分布式動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下5個(gè)方面。

(1) 我國DFIG風(fēng)電場(chǎng)無功儲(chǔ)備的挖掘潛力巨大。預(yù)計(jì)到2020年全國風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)200 GW，約占全國電源裝機(jī)總?cè)萘康?0%。根據(jù)1.4節(jié)的分析結(jié)論，按最保守的估計(jì)(即考慮風(fēng)電機(jī)組有功功率全部滿發(fā))，全國風(fēng)電機(jī)組的容性和感性無功儲(chǔ)備將分別在78 Gvar和104 Gvar以上，無功儲(chǔ)備總量相當(dāng)可觀，可降低大量動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置投資[24]。

(2) DFIG風(fēng)電機(jī)組的無功調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，可以達(dá)到傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)無功調(diào)節(jié)響應(yīng)速度的水平，屬于優(yōu)質(zhì)的動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)設(shè)備。該特點(diǎn)將在后續(xù)算例分析中得到驗(yàn)證。

(3) 構(gòu)建基于DFIG風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)分布式動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)，只需改進(jìn)風(fēng)電機(jī)組的現(xiàn)有控制系統(tǒng)，不需要追加一次設(shè)備的投資，投資收益率非常高。

(4) 風(fēng)電場(chǎng)通常采用分布式的方式接入電力系統(tǒng)，在電網(wǎng)各個(gè)電壓等級(jí)層面和各個(gè)電氣分區(qū)均有可能分布。因此，基于DFIG風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)也是分布式的，符合電網(wǎng)無功功率就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t，非常有利于電網(wǎng)分層分區(qū)無功平衡。

(5) 多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)處于比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，通常位于電網(wǎng)末端，主網(wǎng)對(duì)這些地區(qū)的電壓支撐能力較弱。基于DFIG風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)恰恰可提高這些電網(wǎng)邊緣地區(qū)的無功電壓調(diào)節(jié)能力，迎合這些地區(qū)無功電壓調(diào)節(jié)能力有待提升的實(shí)際需求。

2.2 控制方案

風(fēng)電場(chǎng)的無功電壓控制策略可分為3種：(1) 恒定功率因數(shù)控制；(2) 恒定機(jī)端電壓控制；(3) 恒定風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制。在上述3種控制方式中，恒定功率因數(shù)控制是最常用的控制模式(通?？刂骑L(fēng)電機(jī)組功率因數(shù)恒為1)，但風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制最有利于電網(wǎng)無功電壓調(diào)節(jié)。

在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制中，不能僅考慮控制風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓達(dá)到給定值，還必須避免風(fēng)電機(jī)組無功功率越限和機(jī)端電壓越限。目前，已有的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制策略只考慮DFIG系統(tǒng)的無功功率限制，而未考慮與機(jī)端電壓的協(xié)調(diào)問題。實(shí)際上，不恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓給定值很可能引起機(jī)組機(jī)端電壓過高或者過低，甚至導(dǎo)致風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

為解決上述問題，本文提出了一種DFIG風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖中：pcc和pcc_order為風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的實(shí)際值和自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)(Automatic Voltage Control, AVC)指令值；ref、ref_max和ref_min為DFIG機(jī)端電壓的參考值、參考值上限和下限值；ti為機(jī)組的機(jī)端電壓實(shí)際值；refi、refi_max和refi_min為機(jī)組總無功功率的參考值、參考值上限和下限值；refis和refig為機(jī)組定子側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器的無功功率參考值。

如圖7所示，本文提出的DFIG風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)分為兩層。第1層是風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制，屬于風(fēng)場(chǎng)級(jí)控制。風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制器根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的實(shí)際值和AVC指令值的偏差，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各臺(tái)機(jī)組機(jī)端電壓參考值。第2層是風(fēng)電機(jī)組無功電壓控制，屬于機(jī)組級(jí)控制。風(fēng)電機(jī)組無功電壓控制器根據(jù)其機(jī)端電壓的實(shí)際值和參考值的偏差，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各臺(tái)機(jī)組的無功功率參考值，并繼而分配至機(jī)組的定子側(cè)和網(wǎng)側(cè)無功控制器。

在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制中，控制器輸出限幅環(huán)節(jié)ref_max和ref_min的作用是限值DFIG機(jī)組機(jī)端電壓，防止機(jī)端電壓越限。通常，風(fēng)電機(jī)組的低壓和高壓保護(hù)的動(dòng)作值分別為0.9 p.u.和1.1 p.u.，故ref_min和ref_max的典型值可取0.90~0.95 p.u.和1.05~1.10 p.u.。在風(fēng)電機(jī)組無功電壓控制中，控制器輸出限幅環(huán)節(jié)refi_max和refi_min的作用是限值DFIG機(jī)組無功功率，防止定轉(zhuǎn)子繞組和網(wǎng)側(cè)變流器過流。refi_max和refi_min可基于式(7)、(10)和(14)，由風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)確定。在風(fēng)電機(jī)組無功分配控制中，可采用優(yōu)先利用定子側(cè)無功功率的原則，在定子側(cè)無功功率達(dá)到極限時(shí)再利用網(wǎng)側(cè)變流器的無功儲(chǔ)備。

圖7 DFIG風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無功支撐控制器

3 算例分析

為驗(yàn)證前述方案的有效性，以浙江電網(wǎng)某DFIG風(fēng)電場(chǎng)為例，采用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC進(jìn)行仿真研究。該風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量45 MW，包含30臺(tái)1.5 MW風(fēng)電機(jī)組。圖8給出了該風(fēng)電場(chǎng)及其接入電網(wǎng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖。

圖8 浙江某DFIG風(fēng)電場(chǎng)及其接入電網(wǎng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖

3.1 場(chǎng)景A(電網(wǎng)無功功率過剩)

在春節(jié)等節(jié)假日方式下，由于110 kV電纜線路充電功率過剩，通常存在110 kV電網(wǎng)無功功率倒送至220 kV電網(wǎng)的問題，難以滿足功率因數(shù)要求。場(chǎng)景A模擬了春節(jié)方式下電網(wǎng)無功功率過剩時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。在該場(chǎng)景中，=2 s前，風(fēng)電場(chǎng)采用現(xiàn)有的恒定率因數(shù)控制模式；=2 s時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)被投入運(yùn)行。

圖9是場(chǎng)景A下DFIG機(jī)端電壓、風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓、DFIG吸收總無功功率、220 kV變電站下送無功功率的變化情況。如圖所示，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)采取恒定功率因數(shù)控制模式時(shí)，220 kV變電站向主網(wǎng)倒送的無功功率約10 Mvar；當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)投入運(yùn)行后，風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)電機(jī)組將從110 kV電網(wǎng)吸收所有過剩無功功率，220 kV變電站不再向主網(wǎng)倒送無功功率，從而有效解決電網(wǎng)無功功率倒送問題。

3.2 場(chǎng)景B(電網(wǎng)無功功率不足)

場(chǎng)景B模擬了研究系統(tǒng)在春節(jié)方式下當(dāng)主網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)的響應(yīng)情況。場(chǎng)景2中，=2.0 s時(shí)，220 kV主網(wǎng)發(fā)生三相短路故障，=2.1 s時(shí)，三相短路故障被切除。

圖10是場(chǎng)景B下DFIG機(jī)端電壓、風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓、DFIG吸收總無功功率、220 kV變電站下送無功功率的變化情況。如圖所示，無DFIG風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)時(shí)，110 kV母線電壓在故障下將跌落至105 kV；有DFIG風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)電機(jī)組最多將向主網(wǎng)輸出約20 Mvar的無功功率，110 kV母線電壓跌落量在故障期間減少約3 kV且后續(xù)恢復(fù)速度也更快，從而有效改善了電網(wǎng)的電壓恢復(fù)特性。

圖9 場(chǎng)景A下風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)無功支撐器對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)特性的改善效果

4 結(jié)論

(1) DFIG系統(tǒng)具備較強(qiáng)的無功調(diào)節(jié)能力。當(dāng)輸出有功功率達(dá)到額定值時(shí)，DFIG系統(tǒng)仍然具備向外輸出和吸收約40%和50%總額定容量的無功功率的能力；當(dāng)輸出有功功率低于額定值時(shí)，DFIG系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)能力將更強(qiáng)。

(2) 基于DFIG風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)分布式動(dòng)態(tài)無功支撐系統(tǒng)具有無功調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、分布式布局、投資收益率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。實(shí)際浙江電網(wǎng)的仿真結(jié)果驗(yàn)證了該技術(shù)在改善電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性方面的可行性和有效性。

附錄

1.5 MW商用DFIG及變流器參數(shù)如下所述。

(1) DFIG參數(shù)：額定功率1.5 MW；定子額定電壓0.69 kV；定子電阻0.0049 p.u.；轉(zhuǎn)子電阻0.0055 p.u.；定子漏抗0.0924 p.u.；轉(zhuǎn)子漏抗0.0995 p.u.；激磁電抗3.9528 p.u.。

(2) 變流器參數(shù)：網(wǎng)側(cè)變流器額定容量0.45 MVA，工作電壓范圍690+ 10%~20% V，工作頻率范圍50+ 3%~5% Hz；機(jī)側(cè)變流器額定容量0.45 MVA；工作電壓范圍0~690 V；工作頻率范圍0~17 Hz。

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(編輯 姜新麗)

Distributed dynamic reactive power support system based on doubly fed induction generator

HUANG Hongyang1, WANG Bo2, HUANG Xiaoming1, LOU Boliang1, ZHUO Guying1, HUA Wen1, WU Kuayu1

(1. Electric Power Reasearch Institute, State Grid Zhejiang Electric Power Company, Hangzhou 310014, China;2. Ningbo Power Supply Company, State Grid Zhejiang Electric Power Company, Ningbo 310007, China)

The reactive power control of the doubly fed induction generator plays an important role in improving power system voltage stability. Firstly, the reactive power capability of the commercial doubly fed induction generator and its limitations are analyzed. It is pointed out that the doubly fed induction generator has a strong reactive power output and absorption capability. On this basis, a distributed dynamic reactive power support system based on the doubly fed induction generator is proposed. The dynamic reactive power capability of the doubly fed induction generator can be fully explored by the proposed system. As a result, the dynamic reactive power reserve is increased and the power system voltage stability is improved. Finally, the simulation results of Zhejiang Power Grid validate the effectiveness of the proposed technique.

wind power generation; doubly fed induction generator; reactive power; voltage stability; distributed dynamic reactive power support

10.7667/PSPC152149

2015-12-10；

2016-02-27

黃弘揚(yáng)(1987-)，男，博士，研究方向?yàn)榇笠?guī)模交直流電力系統(tǒng)分析、直流輸電、可再生能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)。E-mail: eehongyanghuang@163.com