SVC和SSSC聯(lián)合改善風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的研究

李娟,張乘,周建,李學(xué)良,孟超,李強(qiáng),莊海軍

(東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院,吉林 吉林 132012)

SVC和SSSC聯(lián)合改善風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的研究

李娟,張乘,周建,李學(xué)良,孟超,李強(qiáng),莊海軍

(東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院,吉林 吉林 132012)

分析了影響風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的原因,即當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障,電壓下降,而異步電機(jī)發(fā)出有功功率的同時(shí)又會(huì)從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率,造成風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓降落的更嚴(yán)重,系統(tǒng)失去穩(wěn)定。針對(duì)這一原因提出了應(yīng)用靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)和靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)進(jìn)行聯(lián)合,利用SSSC減小短路電流,降低故障期間母線電壓下降的程度,故障切除后,利用SVC進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,提高風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。分別給出了SVC和SSSC的工作特性,在Matlab/Simulink中搭建了風(fēng)電場(chǎng)和相關(guān)模型,通過(guò)仿真計(jì)算驗(yàn)證了SVC和SSSC對(duì)于提高風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的作用。結(jié)果表明：SVC能夠連續(xù)平滑的對(duì)系統(tǒng)提供無(wú)功補(bǔ)償,維持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定；當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重短路故障時(shí),SSSC和SVC聯(lián)合,能夠有效地減小故障電流,恢復(fù)機(jī)端電壓；SVC和SSSC的共同作用能解決風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題。

靜止無(wú)功補(bǔ)償器；靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器；風(fēng)電場(chǎng)；暫態(tài)電壓穩(wěn)定；限制故障電流

1 引言

與日俱增的能源消耗加劇了化石燃料儲(chǔ)存量的減少,使人們對(duì)綠色能源的需求越來(lái)越迫切。在眾多的可再生能源中,風(fēng)能已證明了它的潛力和優(yōu)勢(shì):在技術(shù)方面,風(fēng)電機(jī)組制造水平不斷提高,并網(wǎng)規(guī)范日趨完善；在經(jīng)濟(jì)方面,風(fēng)力發(fā)電成本不斷降低。風(fēng)能作為一種新型清潔可再生能源,已受到各國(guó)政府的重視,成為世界能源的重要組成部分。

但是,由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)俘獲風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)化為電能送入電網(wǎng),而風(fēng)速是不可控的,那么風(fēng)力發(fā)電機(jī)是否處于發(fā)電狀態(tài)以及出力的大小都決定于風(fēng)速的狀況,風(fēng)速的不穩(wěn)定性和間歇性決定了風(fēng)電機(jī)組的出力也具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn),可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量,如電壓偏差、電壓波動(dòng)等。目前應(yīng)用較為廣泛的風(fēng)電機(jī)組按照所使用的發(fā)電機(jī)類(lèi)型劃分主要有恒速恒頻鼠籠型異步風(fēng)電機(jī)組,變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組以及變速恒頻永磁直驅(qū)同步風(fēng)電機(jī)組[1]。其中,永磁直驅(qū)式技術(shù)還不完善,雙饋感應(yīng)機(jī)組具有獨(dú)立的無(wú)功調(diào)節(jié)能力,所以電壓穩(wěn)定問(wèn)題在恒速恒頻異步風(fēng)電機(jī)組上比較突出。由于異步電機(jī)的特性,在發(fā)出有功的同時(shí)會(huì)吸收無(wú)功來(lái)建立內(nèi)部磁場(chǎng),而由于風(fēng)速的不可控性,發(fā)電機(jī)吸收的無(wú)功功率也要隨著風(fēng)速的變化而變化,這必將導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)附近母線電壓的波動(dòng),進(jìn)而引起風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓降落,極大地降低系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來(lái)越大,發(fā)電機(jī)組對(duì)所并入電網(wǎng)的穩(wěn)定性的影響也越來(lái)越大,因此有必要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)處進(jìn)行穩(wěn)定電壓的控制。做到在發(fā)生故障期間,風(fēng)電機(jī)組能在一定時(shí)間內(nèi)不脫離電網(wǎng)的連續(xù)運(yùn)行,具有較強(qiáng)的低電壓穿越能力[2]。針對(duì)這類(lèi)問(wèn)題,出現(xiàn)了許多關(guān)于提高風(fēng)電場(chǎng)電壓穩(wěn)定性的研究。文獻(xiàn)[3]通過(guò)仿真驗(yàn)證采用STATCOM改善了異步風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性,提高風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越能力,有助于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)[4]介紹了應(yīng)用FACTS技術(shù)可以改善風(fēng)電場(chǎng)的電能質(zhì)量和提高風(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[5]介紹了應(yīng)用儲(chǔ)能設(shè)備改善風(fēng)電場(chǎng)的電能質(zhì)量和提高風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[6]提出在線路上串聯(lián)TCSC的補(bǔ)償方案,通過(guò)改變TCSC的晶閘管觸發(fā)角改變線路的等效阻抗,達(dá)到抑制故障電流,改善風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的目的。

SSSC是類(lèi)似于TCSC的一種串聯(lián)型設(shè)備,不僅具有潮流控制的特性,并且可以根據(jù)需要限制短路電流[7]。風(fēng)電場(chǎng)并入電網(wǎng)運(yùn)行,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障,不采取措施限制短路電流,母線電壓下降得會(huì)較嚴(yán)重,而故障切除后,風(fēng)電機(jī)組又從電網(wǎng)吸收大量的無(wú)功,從而對(duì)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定產(chǎn)生進(jìn)一步的影響。如果能夠在故障期間限制短路電流,使故障期間母線電壓降低的不太嚴(yán)重,故障切除后又利用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,將有利于風(fēng)電場(chǎng)并入電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。

本文提出將靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)和靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)結(jié)合,利用SVC為異步電機(jī)動(dòng)態(tài)地提供無(wú)功功率補(bǔ)償；在發(fā)生故障時(shí),采用SSSC調(diào)節(jié)線路等效阻抗,抑制故障電流,抬高機(jī)端電壓,維持母線電壓,從而提高風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越能力,改善風(fēng)電場(chǎng)電壓穩(wěn)定性,并通過(guò)仿真進(jìn)行驗(yàn)證。

2 風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定

異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程如下[8]:

(1)

其中,轉(zhuǎn)速-電磁轉(zhuǎn)矩特性如下所示:

(2)

式中:U1為風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓;Req(ωr)與Xeq(ωr)為從機(jī)端向異步機(jī)看進(jìn)去的等效阻抗值,是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ωr的函數(shù)。

而風(fēng)電機(jī)組捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械轉(zhuǎn)矩如下所示：

(3)

式中:PM為風(fēng)力機(jī)組機(jī)械功率；ρAIR為空氣密度；R為風(fēng)機(jī)葉輪半徑;λ為葉尖速比；β為槳距角；CP為風(fēng)機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率系數(shù),是λ與β的函數(shù)；VW為風(fēng)速。

若機(jī)械轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩不相等,異步發(fā)電機(jī)便會(huì)在不平衡轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)下加速或減速。

異步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是機(jī)端電壓平方的函數(shù),同時(shí)又是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的函數(shù),不同機(jī)端電壓下的異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速-電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖1所示[9]。

圖1 異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速-電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線

在機(jī)端電壓為1.0的正常運(yùn)行方式下,異步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)為電磁轉(zhuǎn)矩曲線與機(jī)械轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)A,從A點(diǎn)一直到KN點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)間都是異步發(fā)電機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)域。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),由于機(jī)端電壓的大幅度降低,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)注入的電磁功率也會(huì)降低,由式(1)～(3)可見(jiàn)會(huì)引起異步發(fā)電機(jī)加速,但是只要發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不超過(guò)相對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩曲線的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn),如圖1中對(duì)應(yīng)于0.7機(jī)端電壓值時(shí)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩曲線D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)臨界轉(zhuǎn)速值ωfcr,發(fā)電機(jī)就是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的；反之,發(fā)電機(jī)的電磁功率將會(huì)始終小于機(jī)械功率,轉(zhuǎn)速不斷增加,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子超速直至保護(hù)動(dòng)作將其切除。

由以上分析可知,異步電機(jī)暫態(tài)電壓失去穩(wěn)定的主要原因是無(wú)功補(bǔ)償不足和補(bǔ)償不及時(shí),針對(duì)這一原因,本文提出SVC和SSSC共同作用,改善異步機(jī)風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。

3 SVC和SSSC聯(lián)合提高暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的分析

3.1 SVC無(wú)功補(bǔ)償?shù)臋C(jī)理

靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)是可以根據(jù)需要提供動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置,可以快速平滑的調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償功率的大小,提供動(dòng)態(tài)的電壓支撐,改善系統(tǒng)的運(yùn)行性能。它由晶閘管控制的電抗器(TCR),晶閘管投切的電容器(TSC)和二者的混合裝置等形式組成。比較流行的SVC結(jié)構(gòu)如圖2所示,由一固定電容器和由雙向晶閘管控制的可控電抗器組成。

圖2 帶有固定電容的TCR型SVC結(jié)構(gòu)圖

SVC的等效電納通常如式(4)所示[10]：

(4)

式中：α是晶閘管控制電抗器(TCR)的觸發(fā)角；XC是并聯(lián)電容器電抗。

其發(fā)出的無(wú)功率如式(5)所示：

(5)

由式(4),(5)可知,改變SVC的等效電納,就可以改變其發(fā)出的無(wú)功功率。此外由式(5)可見(jiàn),SVC補(bǔ)償無(wú)功功率的大小與電壓平方成正比,如果網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)生短路故障,使得母線電壓下降,當(dāng)故障切除時(shí)刻,其提供的無(wú)功功率也少,不利于電壓穩(wěn)定。因此,在網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)生故障期間,如果能夠減小短路電流,維持母線電壓,將有利于電壓穩(wěn)定。

3.2 SSSC限制短路電流的機(jī)理

靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)的原理是在線路上注入一個(gè)大小和線路電流大小無(wú)關(guān)而相位和線路電流相位垂直的電壓,當(dāng)注入電壓的相位超前線路電流相位90°時(shí),它就相當(dāng)于在線路中串入電感,從而,線路電流和傳輸功率都減小,相反,當(dāng)注入電壓的相位滯后線路電流相位90°時(shí),它就相當(dāng)于在線路中串入電容,線路電流和傳輸功率增加[11]。因此,通過(guò)恰當(dāng)?shù)目刂品绞秸{(diào)節(jié)SSSC輸出電壓的大小,就相當(dāng)于調(diào)節(jié)了線路的等效阻抗,當(dāng)線路的等效阻抗具有了快速調(diào)節(jié)的能力,那么,在SSSC容量允許范圍內(nèi),也就能達(dá)到迅速調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流的目的,同時(shí)也能夠控制線路流過(guò)的電流大小。SSSC結(jié)構(gòu)圖如圖3所示[12-13]：

圖3 SSSC結(jié)構(gòu)圖

對(duì)系統(tǒng)正常工作時(shí)功率傳輸來(lái)說(shuō),希望將線路電抗降低以提高有功功率的輸送能力;而系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)則希望快速增大線路電抗以限制系統(tǒng)短路電流,這可以通過(guò)合理的控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。以上分析表明,本文需要SSSC實(shí)現(xiàn)的主要功能在于實(shí)現(xiàn)線路阻抗的快速變換。

當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí),SSSC限制故障電流的作用可以通過(guò)下面的例子體現(xiàn),模型如圖4所示[7]：

圖4 限流模型圖

正常狀態(tài)下電流和電壓的關(guān)系可以表示為：

(6)

(7)

這時(shí),如果SSSC注入的電壓保持與短路發(fā)生前注入的電壓相等,那么此時(shí)電流和電壓的矢量圖如圖5(b)所示?？梢钥闯鯯SSC的輸出電壓與流過(guò)SSSC的漏電壓相比是可以忽略不計(jì)的。因此,由式(6)、(7)及向量圖分析可見(jiàn),SSSC對(duì)于短路電流的限制具有顯著作用。

圖5 SSSC限制短路電流相量表示圖

3.3 SVC與SSSC聯(lián)合作用提高電壓穩(wěn)定性

本文設(shè)計(jì)了如圖6所示的聯(lián)合控制方式,具體策略是在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下,SVC和SSSC共同作用,為風(fēng)電機(jī)組提供動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償,此階段以SVC補(bǔ)償為主,SSSC輔助,此時(shí)SSSC呈現(xiàn)容性；當(dāng)發(fā)生三相短路故障時(shí),SSSC經(jīng)過(guò)短路信號(hào)觸發(fā),改變線路等效阻抗,抑制故障電流,維持機(jī)端電壓穩(wěn)定；當(dāng)系統(tǒng)因?yàn)槟撤N原因出現(xiàn)電壓過(guò)高現(xiàn)象時(shí),通過(guò)設(shè)置控制信號(hào),使SSSC呈現(xiàn)感性,消耗多余的有功功率,保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。

圖6 SVC與SSSC聯(lián)合控制結(jié)構(gòu)框圖

其中,SVC控制器的結(jié)構(gòu)圖如圖7所示,具體的控制策略是通過(guò)檢測(cè)模塊測(cè)量到的電壓與參考電壓做比較,得到的差值經(jīng)過(guò)電壓調(diào)節(jié)器計(jì)算得出SVC晶閘管的觸發(fā)角,以此來(lái)控制SVC輸出的無(wú)功功率,給系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)的無(wú)功支持,從而維持SVC所連接母線電壓的穩(wěn)定。

在風(fēng)電場(chǎng)中,無(wú)功補(bǔ)償裝置一般裝設(shè)在風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)主變的低壓側(cè)[14],當(dāng)SVC通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)主變接入風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)母線時(shí),根據(jù)SVC容量的大小可以對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率進(jìn)行半補(bǔ)甚至全補(bǔ),從而改善風(fēng)電場(chǎng)的功率因數(shù),減少風(fēng)電場(chǎng)從系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率,降低線路上的功率損耗和電壓降落[15]。當(dāng)風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)生大的擾動(dòng)時(shí),SVC能夠動(dòng)態(tài)平滑地調(diào)整其輸出的無(wú)功功率,幫助異步風(fēng)電機(jī)組維持機(jī)端電壓的穩(wěn)定。

圖7 SVC控制器結(jié)構(gòu)圖

SSSC控制器的結(jié)構(gòu)圖如圖8所示,具體的控制策略是將系統(tǒng)所需的參考阻抗作為控制目標(biāo),而將系統(tǒng)實(shí)際的阻抗與參考阻抗比較,其誤差經(jīng)PID控制得到調(diào)制比M;同時(shí)用鎖相環(huán)測(cè)量線路電流的相位,然后減去90度,以這個(gè)角度作為輸出電壓的相位角,通過(guò)這個(gè)相位角和前面得到的調(diào)制比共同作用,就可以唯一的確定一個(gè)調(diào)制波,經(jīng)過(guò)PWM發(fā)生器發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖去控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷就可以使系統(tǒng)的有效阻抗跟蹤參考阻抗。其中,需要利用幅值計(jì)算環(huán)節(jié)得到線路電流和線路兩端電壓差的幅值和鎖相環(huán)計(jì)算出電流的幅值,然后計(jì)算出系統(tǒng)實(shí)際的有效阻抗[6]。

圖8 SSSC控制器結(jié)構(gòu)圖

圖中,uAB代表母線A與母線B的電壓差；i為線路電流;UC代表SSSC輸出的電壓；θi為線路電流的相位；θC為SSSC輸出電壓的相位；M為PWM的調(diào)制比；Δθ為控制角；Xref代表輸電線路有效阻抗的參考值,X代表輸電線路的實(shí)際有效抗。

控制方程為:

(8)

其中,Kp、Ki、Kd為PID控制器的參數(shù)；Xref為參考阻抗。

4 仿真分析

4.1 仿真模型的建立

利用Matlab/Simulink建立如圖9所示的、基于普通異步發(fā)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行仿真模型。其中風(fēng)電場(chǎng)由6臺(tái)1.5MW風(fēng)電機(jī)組成,總裝機(jī)容量為9MW,機(jī)組通過(guò)機(jī)端變壓器升壓到25kV,經(jīng)1km傳輸線匯流后,經(jīng)25km傳輸線傳入場(chǎng)站升壓變電站,升壓至120kV進(jìn)入電網(wǎng)。SVC安裝于風(fēng)電場(chǎng)升壓變壓器高壓側(cè)出口處；SSSC安裝于25km送出線路的末端。

圖9 系統(tǒng)模型示意圖

4.2 仿真分析

故障設(shè)置:風(fēng)電場(chǎng)120kV送出線路,在t=3s時(shí)發(fā)生三相短路接地故障,0.1s后故障切除；在0～1.1s,風(fēng)速?gòu)?m/s上升到11m/s。仿真結(jié)果如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)未加補(bǔ)償與SVC和SVC聯(lián)合補(bǔ)償下的仿真圖

以上仿真圖中虛線為未加補(bǔ)償情況,實(shí)線為SVC和SSSC聯(lián)合補(bǔ)償情況,由上圖可知：

(1)由圖10(a)可見(jiàn),未加補(bǔ)償時(shí),風(fēng)電機(jī)組起機(jī)較慢,需1.3s左右,而在SVC和SSSC聯(lián)合補(bǔ)償下只需0.4s左右；3s發(fā)生故障,0.1故障消除后,無(wú)補(bǔ)償狀態(tài)下母線電壓下降到0.85p.u并最終不能恢復(fù)到額定電壓,而在SVC和SSSC補(bǔ)償下電壓可以回復(fù)到額定值。

(2)由圖10(b)可見(jiàn),未加補(bǔ)償時(shí)25KV輸電線路上電流不穩(wěn)定,并且在故障時(shí)短路電流很大,變化劇烈；而在SVC和SSSC聯(lián)合作用下,能有效抑制短路電流,維持電壓穩(wěn)定。

(3)通過(guò)SVC和SSSC聯(lián)合補(bǔ)償,能夠維持機(jī)端電壓在額定值附近,故障期間抑制短路電流,抬高機(jī)端電壓,提高了風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越能力,消除故障后,可以使機(jī)端電壓迅速恢復(fù)到額定值。

5 結(jié)論

(1)安裝SVC裝置后,并網(wǎng)系統(tǒng)及風(fēng)電機(jī)端電壓的穩(wěn)定性明顯提高,電壓穩(wěn)定性得到了加強(qiáng)。而且SVC可以快速平滑地調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償功率的大小,在風(fēng)速不斷變化的情況下,提供動(dòng)態(tài)的無(wú)功和電壓支撐,能夠在電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)迅速響應(yīng)提供無(wú)功,維持機(jī)端電壓,保證風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)SSSC對(duì)于提高系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性具有顯著作用。在系統(tǒng)發(fā)生故障期間,能夠有效的限制故障電流,抑制電壓的跌落程度,提高風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越能力。

(3)SVC和SSSC的聯(lián)合作用能很好的解決風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題,在發(fā)生嚴(yán)重短路故障時(shí),能夠保證短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

[1] 王承煦,張?jiān)?風(fēng)力發(fā)電[M].北京：中國(guó)電力出版社,2003.

[2] 李強(qiáng),李鳳婷,樊艷芳,等.風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)接入地區(qū)電壓的影響[J].中國(guó)電力,2012,45(4):15-18.

[3] 范偉,趙書(shū)強(qiáng),胡炳杰.應(yīng)用STATCOM提高風(fēng)電場(chǎng)的電壓穩(wěn)定性[J].電網(wǎng)與清潔能源,2009,22(12):15-20.

[4] Wei Qiao Harley R.G.,Venayagamoorthy.Effects of FACTS Devices on a Power System Which Includes a Large Wind Farm.Power Systems Conference and Exposition 2006.PSCE 06.2006 IEEE PES Oct.29 2006,Nov.1 2006 Page(s):2070-2076.

[5] Barton,J.P.Infield D.G.Energy storage and its use with wind pow- er.Power Engineering Society General Meeting,2005.IEEE,12-16 June 2005 Page(s):1934-1938 vo1.2.

[6] 魏宏芬,邱曉燕.通過(guò)SVC和TCSC聯(lián)合改善風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性研究[J].可再生能源,2011,35(11):48-55.

[7] K.Duangkanmol,Y.Mitani,K.Tsuji.Fault current limiting and power system stabilization by Static Synchronous Series Compensator[J]IEEE Power System Technology,2000,1581-1586 vol.1.3.

[8] 曹娜,李巖春,趙海翔,等.不同風(fēng)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響[J].電網(wǎng)技術(shù),2007,31(9)：53-57.

[9] Tabesh,Ahmadreza.Dynamic modeling and analysis of multi-machine Power Systems including wind farms[D].Canada：University of Toronto,2005.

[10] 王海風(fēng),李乃湖,陳晰,等.靜止無(wú)功補(bǔ)償器阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩(上)-理論分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),1996,16(3)：190-195.

[11] Bongiorno M,Svensson J,Angquist L.Single-Phase VSC Based SS-SC for Subsynchronous Resonance Damping[J].IEEE Trans on Power Delivery,2008,23(3):1544-1552.

[12] 謝小榮,姜齊榮.柔性交流輸電系統(tǒng)的原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006:183-189.

[13] Thirumalaivasan R,Janaki M,Prabhu N.Damping of SSR Using Su-bsynchronous Current Suppressor With SSSC[J].Power Systems,IEEE Transactions on,2013,28(1):64-74.

[14] 徐先勇,羅安,方璐,等.靜止無(wú)功補(bǔ)償器的新型最優(yōu)非線性比例積分電壓控制[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2009,29(1):80-86.

[15] An Luo,Zhikang Shuai.Combined system for harmonic suppression and reactive power compensation[J].IEEE Trans.Ind.Eletron,2009,56(2):418-428.

[16] C.L.Huang,Y.C.Huang,H.T.Yang.Developing a new transformer fau-lt diagnosis system through evolution fuzzy logic[J].IEEE Trans.On Power Delivery,1997,12(2)：761-767.

Study on Improving the Transient Voltage Stability of the Wind Farm by SVC and SSSC

LI Juan,ZHANG Cheng,ZHOU Jian,LI Xue-liang,MENG Chao,LI Qiang,ZHUANG Hai-jun

(School of Electrical Engineering,Northeast Dianli University,Jilin 132012,China)

This paper analyzes the reasons for influencing the transient voltage stability of the wind farm,when the system arises fault situation,the voltage will decline,and when the asynchronous generator emits active power,it will absorbs reactive power from the grid and causes the terminal voltage of the wind turbine generator to decline,the system losts stability.For this reason the paper proposes that joint static var compensator(SVC)and static synchronous series compensator(SSSC)for compensation,using SSSC to reduce the short-circuit current,reduce the voltage drop of the fault period,after the fault situation,using SVC to reactive power compensation to improve the transient voltage stability of the wind farm.The working characteristic of SVC and SSSC is given and the related structure model of the wind farm power system is built in Matlab/Simulink.The contributions of SVC and SSSC to transient voltage stability of the asynchronous wind farm and power grid are verified by the simulation.The results showed that:SVC can compensate reactive power to the system continuously and maintain the system transient stability;When a serious short circuit fault happens,SVC and SSSC can effectively suppress the fault current,recover the terminal voltage of generator;SVC and SSSC can work together to solve the problem of the transient voltage stability of the wind farm.

SVC;SSSC;wind field;transient voltage stability;fault current limiting

1004-289X(2017)01-0036-06

TM71

B

2015-12-23

李娟(1972-)，女，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行控制及FACTS； 張乘(1987-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行控制及FACTS； 周建(19-)，男，國(guó)網(wǎng)浙江德清縣供電公司，中級(jí)工，主要從事變電運(yùn)維工作； 李學(xué)良(19-)，男，國(guó)網(wǎng)冀北香河縣供電公司，工程師，主要從事變電檢修工作； 孟超(19-)，男，內(nèi)蒙古包頭市供電公司，助理工程師，主要從事繼電保護(hù)工作； 李強(qiáng)(19-)，男，深圳市供電公司，助理工程師，主要從事裝表接電工作； 莊海軍(19-)，男，國(guó)網(wǎng)河南鄭州市供電公司，碩士研究生，主要從事變電運(yùn)維工作。