限流式SSSC提高DFIG型風(fēng)火打捆系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析

李 娟，李方媛，王 鵬，李浩寧，陳美霖

（東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林 132012）

在我國(guó)西北、東北、華北地區(qū)，風(fēng)能和煤炭資源儲(chǔ)量豐富。這些地區(qū)用電負(fù)荷較輕，火力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電又相對(duì)集中，這為實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、火電聯(lián)合外送提供了可能。風(fēng)火打捆聯(lián)合外送在帶來(lái)一定經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，相應(yīng)的對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也有一定影響。關(guān)于風(fēng)火打捆暫態(tài)穩(wěn)定行的分析，許多專家學(xué)者已開展了深入的研究。文獻(xiàn)[1-2]的研究表明了相對(duì)于火電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組對(duì)于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響較?。晃墨I(xiàn)[3]的研究表明風(fēng)電并入電網(wǎng)后對(duì)同步機(jī)組的暫態(tài)穩(wěn)定性影響不具有一致性；而文獻(xiàn)[4]通過(guò)某地風(fēng)火打捆聯(lián)合遠(yuǎn)距離外送的案例表明了由于風(fēng)電的接入，機(jī)組間易失步，嚴(yán)重削弱了風(fēng)火打捆系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性；文獻(xiàn)[5]闡述了由于風(fēng)火能源所處的地理位置關(guān)系，其能源基地大都位于電網(wǎng)末端，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，風(fēng)火打捆外送系統(tǒng)易運(yùn)行于極限狀態(tài)，將不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

為提升電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力和電網(wǎng)的穩(wěn)定裕度，需要提高風(fēng)火打捆系統(tǒng)外送通道的功率輸送能力，而FACTS元件在提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定方面已經(jīng)得到較為普遍的研究，靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC（static synchronous series compensator）作為 FACTS家族中一員，可以通過(guò)向輸電線路注入變化的電壓進(jìn)而靈活地改變線路電抗，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性[6-7]。

目前利用靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究主要集中在純火電系統(tǒng)中，而將其應(yīng)用到風(fēng)火聯(lián)合外送，考慮由于風(fēng)電影響來(lái)提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究很少。本文在建立風(fēng)火打捆系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，研究限流式靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器對(duì)風(fēng)火打捆系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。

雙饋型風(fēng)電機(jī)組DFIG（doubly-fed induction generator）運(yùn)行范圍更大，發(fā)電效率更高，變流器容量較小，目前成為風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品[9]。風(fēng)火打捆系統(tǒng)中的雙饋風(fēng)電機(jī)組本身雖然沒(méi)有功角穩(wěn)定性，但已有的研究表明，系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)，風(fēng)火打捆系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定性不完全與純火電系統(tǒng)相同，需要考慮雙饋風(fēng)電機(jī)組對(duì)同步機(jī)組功角的影響。目前對(duì)這種影響的考慮較多地通過(guò)仿真模型進(jìn)行分析，建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行機(jī)理分析的少。文獻(xiàn)[10]通過(guò)對(duì)雙饋風(fēng)機(jī)的功率特性、控制方式和故障穿越特性的分析，利用故障前后雙饋風(fēng)機(jī)無(wú)功和有功注入的變化，將穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的雙饋風(fēng)機(jī)等值為一個(gè)負(fù)電阻，將故障期間的雙饋風(fēng)機(jī)等值為一個(gè)負(fù)電阻和一個(gè)負(fù)電抗的并聯(lián)電路。最后依據(jù)仿真結(jié)果計(jì)算出雙饋風(fēng)機(jī)的對(duì)外等值電阻和等值電抗，通過(guò)具體數(shù)據(jù)說(shuō)明了雙饋風(fēng)機(jī)的等值具有合理性。

由于風(fēng)電機(jī)組本身沒(méi)有功角穩(wěn)定問(wèn)題，研究如何提高風(fēng)火打捆系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，主要關(guān)心如何提高火電機(jī)組功角穩(wěn)定性，可以不考慮單個(gè)風(fēng)機(jī)的工作性能指標(biāo)，而從整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)火電機(jī)組影響的角度考慮。因此本文參考文獻(xiàn)[10]建立的風(fēng)電場(chǎng)等效外特性模型，在將限流式SSSC引入到DFIG型風(fēng)火打捆系統(tǒng)后，建立含限流式SSSC的DFIG型風(fēng)火打捆暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)學(xué)模型進(jìn)行提高暫態(tài)穩(wěn)定的機(jī)理分析，探討限流式SSSC在風(fēng)火打捆系統(tǒng)發(fā)生故障的前、中、后不同階段對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，分析其提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1 DFIG型風(fēng)火打捆系統(tǒng)模型

1.1 風(fēng)電對(duì)外等值特性參數(shù)

風(fēng)火打捆單端送電系統(tǒng)如圖1所示，圖中風(fēng)電場(chǎng)等效看作一臺(tái)DFIG，與火電打捆接入無(wú)窮大系統(tǒng)。圖中，G為同步發(fā)電機(jī)組，S為無(wú)窮大系統(tǒng)。

圖1 風(fēng)火打捆送電系統(tǒng)Fig.1 Wind-thermal binding power transmission system

由文獻(xiàn)[10]的研究可知，雙饋風(fēng)機(jī)在不同的運(yùn)行狀態(tài)下可以等值成一個(gè)變化的負(fù)電阻或一個(gè)變化的負(fù)電阻與變化的負(fù)電抗并聯(lián)而成的電路。其電阻和電抗分別表示為

式中：Pe為風(fēng)機(jī)發(fā)出的有功功率；Qe為風(fēng)機(jī)發(fā)出的無(wú)功功率；us為風(fēng)機(jī)機(jī)端電壓。

不同運(yùn)行狀態(tài)下的風(fēng)電對(duì)外等值特性參數(shù)如下。

1）系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下

系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，雙饋風(fēng)機(jī)通常工作在恒功率因數(shù)下，此時(shí)與電網(wǎng)之間不會(huì)進(jìn)行無(wú)功交換，無(wú)功功率為0。由文獻(xiàn)[10]可知此時(shí)雙饋風(fēng)機(jī)在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中等效為一負(fù)電阻，將圖1中的風(fēng)電并網(wǎng)部分以及其他元件用等值參數(shù)表示后的系統(tǒng)等值電路如圖2所示。圖2中，X1為同步電機(jī)和變壓器T1的電抗之和，X2為線路電抗，r為風(fēng)電場(chǎng)等值參數(shù)。

圖2 故障發(fā)生前的等值電路Fig.2 Equivalent circuit before fault

2）系統(tǒng)短路故障發(fā)生期間

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致DFIG機(jī)端電壓會(huì)大幅跌落。通過(guò)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，DFIG在恒電壓控制下運(yùn)行，并向系統(tǒng)補(bǔ)充一定的無(wú)功功率來(lái)維持電壓穩(wěn)定。故此階段風(fēng)電場(chǎng)可以等效為一變化的負(fù)電阻以及變化的負(fù)電抗接入系統(tǒng)，系統(tǒng)等值電路如圖3所示。圖3中，-r和-x表示風(fēng)電場(chǎng)等值參數(shù)。

圖3 故障期間等值電路Fig.3 Equivalent circuit under fault

3）系統(tǒng)故障切除后

當(dāng)系統(tǒng)故障切除后，DFIG在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下從恒電壓控制下運(yùn)行逐漸恢復(fù)到恒功率因數(shù)控制下運(yùn)行，在恢復(fù)期間即故障切除前期，DFIG仍等效為一變化的負(fù)電阻與一變化的負(fù)電抗并聯(lián)；當(dāng)完全在恒功率因數(shù)控制下即故障切除后期DFIG等效為一負(fù)電阻。故障切除前期等值電路如圖4（a）所示，故障切除后期等值電路圖如圖4（b）所示。圖4中-r和-x表示風(fēng)電場(chǎng)等值參數(shù)。

圖4 故障切除后等值電路Fig.4 Equivalent circuit after fault removal

1.2 風(fēng)火打捆系統(tǒng)的功率特性

單端送電系統(tǒng)的功率特性方程[10]為

當(dāng)風(fēng)火打捆系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)圖2可得送端同步機(jī)組自阻抗Z11為

送端同步機(jī)組自阻抗阻抗角的余角α11為

送端同步機(jī)組互阻抗Z12為

互阻抗的模值為

送端同步機(jī)組互阻抗的余角α12為

圖5 正常運(yùn)行時(shí)風(fēng)電接入對(duì)功角特性曲線的影響對(duì)比Fig.5 Comparison of the influence of wind power connection on power angle characteristic curve under normal operation

由于風(fēng)電并入會(huì)不利于對(duì)風(fēng)火打捆系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，應(yīng)采取合適的方法進(jìn)一步提高風(fēng)火打捆系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。由式（2）～式（7）可見，線路參數(shù)X2與同步機(jī)的互阻抗模值、功率傳輸極限相關(guān)。減小線路電抗X2，可以降低系統(tǒng)功率極限，改善系統(tǒng)功角穩(wěn)定性。因此，在風(fēng)火打捆輸電線路上裝設(shè)能夠等效減小線路電抗的串聯(lián)型FACTS元件，能夠提高正常運(yùn)行時(shí)風(fēng)火打捆系統(tǒng)的功率傳輸能力，對(duì)提高系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性必能起到一定的作用。而如果在故障期間該FACTS裝置又能起到一定的限制短路電流作用還能消耗一定的有功功率，就可以使得母線電壓不至于降得很低并且在故障期間可以起到一定的電氣制動(dòng)作用，可以對(duì)穩(wěn)定性起到有利的作用，因此本文將基于電阻固態(tài)限流器的限流式SSSC引入，研究其提高風(fēng)火打捆系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的作用。

2 基于電阻型固態(tài)限流器的限流式SSSC

2.1 SSSC基本結(jié)構(gòu)及工作原理

SSSC是柔性交流輸電系統(tǒng)中的一種串聯(lián)補(bǔ)償器件。SSSC主要由電壓型變換器，耦合變壓器、濾波器、控制器和驅(qū)動(dòng)電路幾部分組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖6所示，圖中L代表輸電線路的等效電感。

圖6 SSSC基本結(jié)構(gòu)Fig.6 Basic structure of SSSC

SSSC的基本運(yùn)行原理是在輸電線路上輸入一個(gè)與線路電流相差90°的電壓，并且線路電流不影響電壓幅值，通過(guò)改變輸入電壓的相位與幅值，進(jìn)而等效地改變線路阻抗的大小，起到提高系統(tǒng)性能的作用。當(dāng)注入的電壓超前線路電流90°時(shí)，此時(shí)SSSC相當(dāng)于在線路中串聯(lián)了電感，增大了輸電線路的等效電抗，線路的電流與傳輸功率相對(duì)減?。蝗绻?dāng)注入的電壓滯后線路電流90°時(shí)，此時(shí)SSSC相當(dāng)于在線路中串聯(lián)了電容，減小了輸電線路的等效電抗，線路的電流與傳輸功率相對(duì)增大。因此，通過(guò)控制系統(tǒng)改變注入電壓的幅值與相位，使SSSC在容性到感性之間的改變，進(jìn)而等效地改變線路阻抗的大小，從而達(dá)到改變系統(tǒng)參數(shù)的目的。

為了提高穩(wěn)定性，正常運(yùn)行時(shí)控制SSSC使其對(duì)系統(tǒng)的影響為等效電容，這樣在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)就會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，為了保障SSSC不被損壞，可以將電阻型固態(tài)限流器與SSSC結(jié)合在一起構(gòu)成電阻型限流式SSSC。

2.2 電阻型限流式SSSC基本結(jié)構(gòu)及工作原理

將電阻型固態(tài)限流器與SSSC通過(guò)串聯(lián)變壓器相連接，構(gòu)成電阻型限流式SSSC，基本結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 限流式SSSC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.7 Topology of current-limiting SSSC

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，限流式SSSC的限流器部分被短接，裝置等效為常規(guī)SSSC運(yùn)行。短路故障發(fā)生后，限流器模塊依次從正常態(tài)進(jìn)入過(guò)渡限流態(tài)和完全限流態(tài)。各不同工況中限流式SSSC的具體工作狀況如下。

（1）正常態(tài)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，圖7中所示限流器模塊的晶閘管T1～T8觸發(fā)脈沖始終為開通狀態(tài)。限流式SSSC進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，由于晶閘管T7～T8的導(dǎo)通，限流器模塊部分被短接，整個(gè)限流器模塊部分對(duì)線路呈現(xiàn)的阻抗為0。故限流式SSSC裝置在正常工況下等效為一個(gè)常規(guī)SSSC，按SSSC的原理工作。

（2）過(guò)渡限流態(tài)。系統(tǒng)故障發(fā)生后，系統(tǒng)短路電流急劇增大，圖7中的限流電感L0立刻接入以限制短路電流。通過(guò)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，關(guān)閉限流器晶閘管T1～T6的觸發(fā)脈沖，此時(shí)限流電感L0承受正向電壓，流過(guò)其電流持續(xù)增加。然后在二次側(cè)反向電壓的作用下，限流電感L0電流持續(xù)減小，直至續(xù)流管導(dǎo)通。最后晶閘管T1～T6全部關(guān)斷，限流器模塊部分與SSSC模塊的隔離。過(guò)渡限流過(guò)程十分短暫（不大于20 ms），限流式SSSC與系統(tǒng)的能量變換十分微小，故在研究故障狀態(tài)下暫態(tài)穩(wěn)定性時(shí)該過(guò)程可以忽略不計(jì)。

（3）完全限流態(tài)。續(xù)流管導(dǎo)通后，將進(jìn)入穩(wěn)態(tài)限流過(guò)程。串聯(lián)耦合變壓器的副邊開路，改由RFA、RFB、RFC限制短路電流。此時(shí)整個(gè)限流式SSSC相當(dāng)于一個(gè)電阻，系統(tǒng)短路故障期間是由限流器模塊的電阻來(lái)提高暫態(tài)穩(wěn)定性。

3 限流式SSSC提高DFIG型風(fēng)火打捆系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的機(jī)理分析

3.1 正常工況下的分析

將圖7所示的限流式SSSC串聯(lián)在圖1所示的風(fēng)火打捆并網(wǎng)系統(tǒng)雙回輸電線路的始端，結(jié)構(gòu)如圖8所示。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，限流式SSSC限流器模塊被短接，其阻抗為0，可看作SSSC正常運(yùn)行。根據(jù)第2.1節(jié)的描述，該狀態(tài)下SSSC對(duì)系統(tǒng)的影響相當(dāng)于改變串聯(lián)SSSC線路的等值參數(shù)，可以用電抗表示，類似于第1.1節(jié)的等值化簡(jiǎn)，正常運(yùn)行時(shí)帶限流式SSSC的圖8系統(tǒng)可以用如圖9所示的等值電路表示，Xs為限流式SSSC裝置的等效電抗，其他參數(shù)與第1.1節(jié)中相同。

圖8 加入限流式SSSC風(fēng)火打捆系統(tǒng)Fig.8 Addition of current-limiting SSSC wind-thermal binding system

圖9 正常工況包含限流式SSSC等效電路Fig.9 Equivalent circuit with current-limiting SSSC under normal operating conditions

由圖9可知，送端同步機(jī)組自阻抗Z11為

送端同步機(jī)組自阻抗Z11的阻抗角余角α11為

送端同步機(jī)組互阻抗Z12為

送端同步機(jī)組互阻抗模值|Z12|為

送端同步機(jī)組互阻抗Z12的阻抗角余角α12為

由式（9）可知，由于風(fēng)電等值負(fù)電阻的存在α11＜0，風(fēng)火打捆并網(wǎng)系統(tǒng)表示成式（2）形式的功率特性中的sinα11＜0；又由于 α12＞0，這樣由于風(fēng)電場(chǎng)的影響，風(fēng)火打捆系統(tǒng)的功角特性曲線相對(duì)于沒(méi)有風(fēng)電場(chǎng)的純火電系統(tǒng)功角特性曲線（圖10中P1表示的曲線）會(huì)下移到P′1表示的曲線，初始功角會(huì)增大，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度會(huì)降低。圖10中PT為原動(dòng)機(jī)輸出的功率。

圖10 正常運(yùn)行限流式SSSC串入對(duì)功角曲線的影響比較Fig.10 Comparison of the influence of series-connected current-limiting SSSC under normal operation on power angle curve

3.2 短路故障工況下的分析

系統(tǒng)故障發(fā)生后，限流式SSSC從正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入到過(guò)渡限流態(tài)和完全限流態(tài)。限流器模塊在不同短路故障下的運(yùn)行方式幾乎一致。但是由于限流式SSSC的過(guò)渡限流狀態(tài)不超過(guò)20 ms，之后的振蕩過(guò)程往往持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。因此在整個(gè)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程中，對(duì)于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定行的影響，幾乎完全是限流式SSSC的完全限流態(tài)在作用。

由第2.2節(jié)分析可知當(dāng)限流式SSSC進(jìn)入完全限流態(tài)時(shí)，串聯(lián)變壓器二次側(cè)橋路退出運(yùn)行，SSSC模塊被隔保護(hù)。三相短路電流分別由串人到各相回路中的旁路電阻限制，此時(shí)整個(gè)限流式SSSC等效為一個(gè)電阻。假設(shè)在圖8中線路L2前端發(fā)生短路故障，根據(jù)電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障分析，相當(dāng)于在短路點(diǎn)處連接一個(gè)附加電抗XΔ，附加電抗的值與短路類型有關(guān)。根據(jù)第1.1節(jié)的描述，此時(shí)的風(fēng)電場(chǎng)等效為負(fù)電阻-r與負(fù)電抗-x并聯(lián)入系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)火打捆系統(tǒng)不含限流式SSSC時(shí)，其等值電路如圖11所示；當(dāng)風(fēng)火打捆系統(tǒng)接入限流式SSSC時(shí)，此時(shí)限流式SSSC其等效為RF，系統(tǒng)的等值電路如圖12所示。

圖11 故障中不含限流式SSSC等效電路Fig.11 Equivalent circuit under fault when currentlimiting SSSC is not included

圖12 故障中包含限流式SSSC等效電路Fig.12 Equivalent circuit under fault when currentlimiting SSSC is included

當(dāng)系統(tǒng)中不含限流式SSSC時(shí)，送端同步機(jī)組自阻抗Z11為

送端同步機(jī)組自阻抗Z11阻抗角余角α11為

送端同步機(jī)組互阻抗Z12為

其模值為

當(dāng)風(fēng)火打捆系統(tǒng)發(fā)生最嚴(yán)重的短路故障，即三相短路故障。此時(shí)XΔ=0，式（14）中的r11=0，所以α11=0；又由式（15）～式（16）可知，此時(shí)的 Z12為無(wú)限大，根據(jù)式（2）可得出此時(shí)發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率幾乎為0，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速，功角增大，危害系統(tǒng)穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，限流式SSSC的限流器模塊部分將SSSC模塊切除，限流器部分起作用，整個(gè)限流式SSSC相當(dāng)于電阻RF，等效電路如圖12所示，其此時(shí)送端同步機(jī)組互阻抗Z12為

互阻抗模值為

圖13 故障中限流式SSSC串入對(duì)功角曲線影響比較Fig.13 Comparison of the influence of series-connected SSSC under fault on power angle curve

3.3 故障切除后的分析

將故障線路L2切除后，限流器部分恢復(fù)零阻抗模式，SSSC模塊重新投入工作。由第1.1節(jié)分析可知，在故障切除前期風(fēng)機(jī)仍等效為一變化的負(fù)電阻以及變化的負(fù)電抗，故障切除后期雙饋風(fēng)機(jī)等效為一負(fù)電阻。無(wú)論是故障切除前期還是故障切除后期，由于切除一條線路，線路等值電抗為原來(lái)正常運(yùn)行的2倍，切除故障后的送端同步機(jī)組互阻抗模值要大于正常運(yùn)行時(shí)送端同步機(jī)組互阻抗模值。此時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)補(bǔ)償度K改變SSSC的等效阻抗使其呈現(xiàn)容性。但因切除故障后的送端同步機(jī)組互阻抗模值大于正常運(yùn)行時(shí)送端同步機(jī)組互阻抗模值，所以切除故障后的補(bǔ)償度K相比于正常運(yùn)行狀態(tài)下的補(bǔ)償度K要相對(duì)提高。圖14為切出故障后的功角曲線。

圖14 故障后限流式SSSC串入對(duì)功角特性曲線的影響比較Fig.14 Comparison of the influence of series-connected SSSC after fault on power angle characteristic curve

4 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述分析的限流式SSSC提高風(fēng)火打捆系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的作用，利用Matlab/Simulink仿真軟件對(duì)圖15所示的風(fēng)火打捆單端送電系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。風(fēng)電機(jī)組和火電機(jī)組分別經(jīng)圖中所示的變壓器變換電壓后并聯(lián)將電能經(jīng)串聯(lián)限流式SSSC的雙回線送入系統(tǒng)。風(fēng)火比例設(shè)定為1∶2，同步機(jī)組采用經(jīng)典模型，容量采用120 MW。風(fēng)電場(chǎng)包含40臺(tái)額定容量為1.5 MW的雙饋風(fēng)機(jī)，額定運(yùn)行下風(fēng)電場(chǎng)的有功出力為60 MW，忽略風(fēng)速變化[18]。設(shè)定系統(tǒng)總運(yùn)行時(shí)間10 s，在4.0 s時(shí)在線路始端發(fā)生三相短路故障，故障持續(xù)時(shí)間為0.2 s，在4.2 s后切除故障。正常運(yùn)行時(shí)，令SSSC模塊的補(bǔ)償度為15%；固態(tài)限流器電阻RF=16 Ω；故障切除后，令SSSC模塊補(bǔ)償度為20%。仿真結(jié)果如圖16和圖17所示。

圖15 風(fēng)火打捆仿真系統(tǒng)Fig.15 Simulation of wind-thermal binding system

由圖16（a）、（b）可知，風(fēng)火打捆系統(tǒng)未加限流式SSSC時(shí)，其初始功角為58.52°。在4.0 s時(shí)發(fā)生三相短路故障后，同步機(jī)轉(zhuǎn)速增加，最高幅值達(dá)到1.254 p.u；功角急劇增大并且振蕩強(qiáng)烈，峰值達(dá)到168.52°；切除故障后，隨時(shí)間變化產(chǎn)生了一個(gè)持續(xù)、緩慢的減幅振蕩。加入了限流式SSSC后，由于SSSC的作用，同步發(fā)電機(jī)初始功角為56.69°，在4.0 s時(shí)發(fā)生三相短路故障后，同步機(jī)轉(zhuǎn)速幅值最高為1.224 p.u；功角急劇增大后，峰值為149.83°；切除故障后經(jīng)過(guò)4.2 s后逐漸平穩(wěn)，功角恢復(fù)到63.39°。由此可見，風(fēng)火打捆系統(tǒng)加入限流式SSSC后，同步機(jī)初始功角減小了1.83°，故障后第一擺的最大振幅減少了18.69°，之后很快恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

由圖16（c）可見，發(fā)生故障后，未加入限流式SSSC的風(fēng)火打捆系統(tǒng)同步機(jī)組送出的有功功率幾乎為0，而加入限流式SSSC的系統(tǒng)，由于SSSC限流電阻本身消耗有功功率以及短路電流限制作用母線電壓下降得少（見圖17）的作用，火電機(jī)組送出一定的有功功率，輸送能力增大，使得加入限流式SSSC的系統(tǒng)在故障期間的剩余能量比未加入SSSC的少，同步機(jī)轉(zhuǎn)速上升得慢，功角達(dá)到的幅值小，在故障切除后，系統(tǒng)在2.2 s后能逐漸趨于穩(wěn)定。仿真結(jié)果表明，限流式SSSC的加入提高了風(fēng)火打捆系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

圖16 功角、轉(zhuǎn)速、有功功率仿真對(duì)比Fig.16 Comparison of simulations of power angle，rotation speed，and active power

圖17 線路電流、母線電壓仿真對(duì)比Fig.17 Comparison of simulations of line current and bus voltage

6 結(jié)語(yǔ)

本文將風(fēng)電對(duì)風(fēng)火打捆系統(tǒng)在不同運(yùn)行狀態(tài)下的影響用等值外特性參數(shù)表示，容易建立對(duì)應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)下功率特性方程，易于運(yùn)用功角特性曲線進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定的分析。

通過(guò)建立的正常運(yùn)行狀態(tài)下的功率特性方程分析，說(shuō)明風(fēng)火打捆系統(tǒng)的功角曲線相對(duì)于無(wú)風(fēng)電機(jī)組的曲線會(huì)向右下移動(dòng)，若風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的有功功率變大，風(fēng)機(jī)等值電阻隨之變小，功率傳輸極限就會(huì)越低，繼而削弱風(fēng)火打捆系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

通過(guò)建立的含電阻型限流式SSSC風(fēng)火打捆系統(tǒng)的功率方程分析及仿真驗(yàn)證，說(shuō)明正常運(yùn)行時(shí)控制SSSC等值電抗為容抗時(shí)可以提高風(fēng)火打捆系統(tǒng)功率傳輸極限，減少風(fēng)電加入對(duì)風(fēng)火打捆系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的不利影響，提高系統(tǒng)運(yùn)行暫態(tài)穩(wěn)定性；短路故障發(fā)生時(shí)控制電阻型限流式SSSC為電阻限流狀態(tài)，使得在故障期間限制短路電流，母線電壓下降不嚴(yán)重，電阻消耗一定的有功功率，起到電氣制動(dòng)的作用，減小加速能力；而在故障切除后適當(dāng)增大SSSC的補(bǔ)償度，提高減速能力，有利于提高風(fēng)火打捆系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度和暫態(tài)穩(wěn)定性。