基于短路比指標的風電匯集系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

吳林林，李蘊紅，于思奇，孫雅旻，王 瀟，楊艷晨，鄧曉洋，蘇田宇，孫大衛(wèi)

（國網(wǎng)冀北電力科學研究院國家電網(wǎng)公司風光儲聯(lián)合發(fā)電運行技術實驗室，北京 100045）

0 引言

風電匯集地區(qū)一般地處偏遠，近區(qū)同步機組數(shù)量有限［1?2］，局部地區(qū)已呈現(xiàn)風電并入弱交流電網(wǎng)特征［3］。2012 年5 月，張家口沽源地區(qū)風電匯集系統(tǒng)在無任何系統(tǒng)故障的情況下，電壓發(fā)生大幅波動，造成風電機組脫網(wǎng)，風電場接入系統(tǒng)強度較弱是導致這次電壓波動的原因之一［4］。2011年2—4月，西北地區(qū)發(fā)生了幾次由局部交流短路故障導致的風電連鎖脫網(wǎng)事故，“系統(tǒng)強度較弱導致無功-電壓靈敏度較高”是導致脫網(wǎng)事故擴大的主要原因［5］。2015年7月，新疆哈密山北地區(qū)風電場出現(xiàn)次同步振蕩問題，相關文獻指出發(fā)生振蕩的原因之一是風電場所接入的系統(tǒng)強度較弱［6］。可見，風電接入弱電網(wǎng)所導致的靜態(tài)電壓失穩(wěn)、暫態(tài)過電壓和次／超同步振蕩問題［7］，已成為限制風電送出通道輸電極限、制約風電消納能力的關鍵因素［8］。

短路比SCR（Short Circuit Ratio）是度量電力電子設備（如直流設備和新能源發(fā)電設備等）并網(wǎng)系統(tǒng)的電網(wǎng)強度以及分析系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的重要指標之一［9］。傳統(tǒng)的SCR 概念僅使用交流電網(wǎng)參數(shù)和設備容量，使用較為簡單［10］。SCR 自1992 年由CIGRE 工作組提出后［11］，一直被廣泛應用于評估直流饋入系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定水平［12］。近年來，借鑒SCR 對于直流饋入系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的經(jīng)驗，國內(nèi)外逐漸將SCR 相關指標推廣到風電匯集系統(tǒng)的規(guī)劃和運行中。最新頒布的國家強制性標準GB 38755—2019《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》明確要求新能源場站SCR 應達到合理水平［13?14］。澳大利亞電網(wǎng)要求新能源發(fā)電設備需在接入點SCR 為1.5 的系統(tǒng)條件下能夠穩(wěn)定運行［15］。

從靜態(tài)電壓穩(wěn)定、暫態(tài)過電壓和次／超同步振蕩三方面，梳理應用SCR 指標評估系統(tǒng)穩(wěn)定性的已有研究如下。在靜態(tài)電壓穩(wěn)定方面，文獻［16］針對單直流饋入系統(tǒng)，提出了系統(tǒng)在低SCR 水平運行時的失穩(wěn)機理，明確了SCR 與靜態(tài)電壓穩(wěn)定判據(jù)的關系，估算了靜態(tài)電壓臨界穩(wěn)定時的臨界短路比CSCR（Critical Short Circuit Ratio）。文獻［17］針對多直流饋入系統(tǒng)，提出了多饋入短路比MISCR（Multi-Infeed Short Circuit Ratio）指標，從數(shù)學上證明了MISCR 判斷多饋入直流系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的有效性。文獻［4，18］借鑒SCR 在直流系統(tǒng)中的應用思路，提出了適用于分析新能源并網(wǎng)系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的SCR 指標。在暫態(tài)過電壓方面，文獻［19］指出風電匯集地區(qū)的輸電線路發(fā)生短路故障后，風電場進入低電壓穿越，向電網(wǎng)輸出無功電流。故障清除時，電網(wǎng)電壓迅速恢復，風電場輸出無功電流回撤不及時進而產(chǎn)生無功盈余，將導致風電機組機端出現(xiàn)暫態(tài)過電壓。文獻［18?19］指出系統(tǒng)的SCR 指標越小，上述暫態(tài)過電壓問題越嚴重。文獻［18］的仿真結果表明，并網(wǎng)點SCR指標小于1.15的新能源機組，在短路故障清除后機端過電壓達到1.564 p.u.，而同一區(qū)域內(nèi)SCR大于1.8的機組，機端過電壓在相同故障條件下僅為1.2 p.u.。在次／超同步振蕩方面，文獻［20?21］給出小干擾穩(wěn)定意義下廣義SCR 的定義，針對異構多電力電子裝置饋入系統(tǒng)（多個控制特性不同的電力電子裝置），從數(shù)學上證明了應用廣義SCR 判斷次／超同步振蕩失穩(wěn)的有效性?；诂F(xiàn)有研究可知SCR的設計目的為在不考慮設備具體控制的前提下，提供一種描述“系統(tǒng)強弱”的方法，用以評估系統(tǒng)穩(wěn)定性。該方法的優(yōu)勢是簡單易行，但是風電匯集系統(tǒng)的穩(wěn)定性除了與“系統(tǒng)強弱”有關，還與風電機組自身特性密切相關［22］，若希望使SCR 指標對評估實際工程穩(wěn)定性具有顯著的借鑒意義，需在不同的風電機組特性接入條件下，分析SCR 指標用于評估系統(tǒng)穩(wěn)定水平的準確性，明確SCR 指標的適用范圍與條件。

綜上，本文分析了風電機組無功特性對采用SCR 評估靜態(tài)電壓穩(wěn)定準確性的影響。對于采用SCR 評估暫態(tài)過電壓和次／超同步振蕩問題，基于主流風電機組廠家控制器實物展開研究，考慮工程中應用的風電機組特性，分析了SCR 評估過電壓和振蕩問題的準確性，從而為電網(wǎng)運行部門使用SCR 指標評估實際風電匯集系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供參考經(jīng)驗。

1 SCR評估風電匯集系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定

電力系統(tǒng)網(wǎng)絡某點的短路容量等于該點三相短路電流與額定電壓的乘積，是系統(tǒng)強度的標志［9］。系統(tǒng)短路容量與電氣設備（含電力電子設備）容量的比值即為SCR 的傳統(tǒng)定義。文獻［11，16］針對單直流饋入系統(tǒng)提出了SCR 和運行短路比OSCR（Operating Short Circuit Ratio）的計算方法分別如下：

式中：VSCR為SCR 的數(shù)值；VOSCR為OSCR 的數(shù)值；Sac為換流母線的短路容量（認為直流不貢獻短路容量）；PdN為額定直流功率；Pd為直流運行功率；Z和ZB分別為直流接入的交流系統(tǒng)的等值阻抗和對應的阻抗基值；Zpu為ZB的標幺值；UN為換流母線的額定電壓。

根據(jù)式（1）定義的傳統(tǒng)SCR指標，對任意單電源饋入系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定判斷都具有參考意義［18］。以單風電場饋入系統(tǒng)為例，其示意圖如圖1 所示。圖中：Uwind∠δwind為風電場機端電壓；Pwind和Qwind分別為風電場輸出有功和無功功率；Esys∠0°為無窮大電網(wǎng)電壓；Xline為線路連接電抗。

圖1 單風電場饋入系統(tǒng)的示意圖Fig.1 Schematic diagram of single wind farm fed to system

若忽略送出線路電阻，則系統(tǒng)功率傳輸關系為：

消去中間變量δwind，且令Esys為額定電壓，得：

式（4）決定了風電場輸出有功功率與機端電壓、線路電抗、無功功率之間的關系，附錄A 圖A1 給出了Xline=0.2 p.u.和Xline=0.5 p.u.條件下的系統(tǒng)PV 曲線，圖中Uwind和Pwind均為標幺值。由圖可知，若Xline越?。⊿CR 越大），風電場輸出無功功率越大，則有功傳輸極限越大。由式（4）和圖A1 可推斷，提升風電匯集系統(tǒng)的SCR，可有助于提升靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束下的系統(tǒng)送出極限。

根據(jù)國家強制性標準GB 38755—2019《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》要求，新能源場站SCR應達到合理水平。在實際運行中以CSCR 作為判斷系統(tǒng)穩(wěn)定裕度依據(jù)，為計算系統(tǒng)送出極限提供參考。即針對某一特定的風電匯集系統(tǒng)，希望得到某個CSCR 數(shù)值，保障在該CSCR數(shù)值之上時，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。

文獻［11?21］等多篇文獻針對不同的系統(tǒng)參數(shù)得到了不同的CSCR 數(shù)值，一般在1.5～2.5 范圍內(nèi)。本文以圖1 所示的單風電場饋入系統(tǒng)為研究對象，單饋入系統(tǒng)是多饋入系統(tǒng)研究的基礎，且多風電機組饋入系統(tǒng)在風電機組特性一致的前提下，可通過節(jié)點削減方法等值為單饋入系統(tǒng)［21］。以VOSCR=VCSCR=2.5為條件確定系統(tǒng)送出極限，分析該送出極限下系統(tǒng)是否會出現(xiàn)靜態(tài)電壓失穩(wěn)問題。根據(jù)式（2）與式（4），設Qwind=0 且Esys為額定電壓，則VOSCR=2.5 時所對應的系統(tǒng)送出極限為0.4/Xline（Xline為標幺值），由式（4）可知，當Pwind=0.4/Xline時，總有dPwind/dUwind<0，說明系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定，進而一定程度上說明“應用CSCR為確定送出極限提供參考”是有效的。

為說明“應用CSCR 評估穩(wěn)定性”是否有效，以圖1 所示的系統(tǒng)為研究對象，以VOSCRVCSCR=2.5 為條件確定系統(tǒng)運行方式②，若方式①下系統(tǒng)靜態(tài)電壓失穩(wěn)且方式②下系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定，可一定程度上說明“應用CSCR 評估穩(wěn)定性”是有效的。由“應用CSCR為確定送出極限提供參考”是否有效的分析過程可知，方式②下，系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定。下面分析方式①下的情況。根據(jù)式（2）與式（4），設Qwind∈［0，0.3］p.u.且Esys為額定電壓，則VOSCR=1.5 時所對應的系統(tǒng)送出極限PSCR如附錄A圖A2中黃色曲面所示，由式（4）表征靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束（dPwind/dUwind=0）下的送出極限Plimit如圖A2 中藍色曲面所示，圖中各變量均為標幺值。

由圖A2 可知，當PSCR所對應曲面高于Plimit所對應曲面時，說明按照VOSCR=1.5給出的送出極限運行，系統(tǒng)靜態(tài)電壓失穩(wěn)，進而可推斷此時“應用CSCR 評估穩(wěn)定性”是有效的，原因是方式①下系統(tǒng)失穩(wěn)且方式②下系統(tǒng)穩(wěn)定。但分析圖A2 可知，存在Plimit所對應曲面高于PSCR所對應曲面的工況，這些工況下，按照VOSCR=1.5 給出的送出極限運行，系統(tǒng)可以保持靜態(tài)電壓穩(wěn)定，說明此時CSCR 的評估結果是偏保守的，即根據(jù)CSCR 判斷系統(tǒng)會發(fā)生失穩(wěn)的工況下，實際系統(tǒng)可能是穩(wěn)定的。附錄A圖A3給出了CSCR評估結果偏保守的工況范圍，其為圖A2的俯視圖。

由圖A3 可知，當Xline和Qwind同時較大時，CSCR評估結果有誤。這說明若不考慮風電機組無功特性，應用CSCR難以準確評估系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。

風電機組的無功特性會影響CSCR 的使用效果，風電匯集系統(tǒng)中不同風電機組的無功特性可能存在差異，因此難以用僅表征電網(wǎng)拓撲信息的SCR指標判斷多臺風電機組饋入后的系統(tǒng)穩(wěn)定性。為避免上述問題，提供一種實際工程中進行電網(wǎng)安全計算的思路如下：對風電匯集地區(qū)中不同的風電機組機型進行統(tǒng)計，根據(jù)機組特性選擇其中一種對靜態(tài)電壓穩(wěn)定最不利的機型替代其他機型，將風電匯集地區(qū)風電機組機型統(tǒng)一，并利用戴維南等值原則將風電匯集地區(qū)等效為單風電機組饋入系統(tǒng)，再應用SCR指標判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2 SCR評估暫態(tài)過電壓水平

風電匯集地區(qū)發(fā)生短路故障后，風電機組進入低電壓穿越并發(fā)出無功電流。故障清除時電網(wǎng)電壓恢復，若風電機組輸出無功電流回撤不及時，則可能造成無功盈余，導致風電機組機端出現(xiàn)暫態(tài)過電壓。文獻［18］指出SCR指標與上述暫態(tài)過電壓問題有明顯關聯(lián)。但未見有文獻報道如何應用SCR指標評估風電匯集地區(qū)的暫態(tài)過電壓水平。針對上述問題，本文選擇2020 年市場占有率靠前的風電機組廠家，每個廠家選擇一種典型機型開展電磁暫態(tài)仿真，研究SCR與暫態(tài)過電壓間的關系。以單風電機組饋入系統(tǒng)為研究對象，算例系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 研究SCR與暫態(tài)過電壓間關系的算例系統(tǒng)Fig.2 Example system for studying relationship between SCR and transient overvoltage

圖2中，35、220、500 kV變壓器分別采用FZB-40.5／0.69-3800、SFZ11-200000／220、ODF10-167000／500這3 種變壓器型號的典型參數(shù)，35、220、500 kV 線路分別采用LGJ-150、2XLGJQ-300、4XLGJ-400／50 這3種線路型號的典型參數(shù)。

風電機組采用動態(tài)鏈接庫封裝DLL（Dynamic Link Library）方法建模?；贒LL 的仿真模型可包含實際風電機組的完整控制算法與參數(shù)、實際保護策略與參數(shù)，以保證數(shù)字模型控制環(huán)節(jié)的準確性［23］。為驗證基于DLL 的風電機組仿真模型的準確性，在電磁暫態(tài)仿真中構建單臺風電機組接入無窮大系統(tǒng)的仿真模型，參照文獻［24］對于型式試驗工況與檢測方法的要求，對比三相電壓跌落至0.2 p.u.持續(xù)625 ms 過程中，仿真與型式試驗結果如圖3 所示，圖中機端電壓幅值Uwind、有功功率P、無功功率Q均為標幺值。

圖3 仿真與型式試驗結果對比Fig.3 Comparison between simulative results and type test results

由圖3 可知，該機型的風電機組DLL 模型的仿真結果與型式試驗結果基本一致，驗證了基于DLL的風電機組模型的有效性，需要說明的是，風電機組電壓穿越特性為設計廠家機密，本文隱去所建模和試驗的風電機組廠家與型號，用機型代碼以示區(qū)分。本文研究涉及的8 個廠家的風電機組DLL 模型均與對應機型型式試驗結果進行了對比，仿真模型與型式試驗結果的誤差滿足NB／T 31066—2015《風電機組電氣仿真模型建模導則》的誤差要求［25］，限于篇幅，僅給出1臺風電機組DLL模型的驗證結果。

基于經(jīng)過驗證的風電機組仿真模型，根據(jù)圖2所示的仿真結構，在500 kV 線路設置單相瞬時性或三相接地故障，通過仿真得到風電機組在不同SCR下和不同故障條件下的機端電壓基波正序分量（標幺值）與瞬時值uwin（d標幺值），如圖4、5所示。不同SCR 的實現(xiàn)方法為：基于華北某風電匯集地區(qū)不同風電場的送電線路長度，通過設置圖2中35、220、500 kV 線路長度，實現(xiàn)風電機組機端SCR 為1.4 和2.6的2種工況（此處的SCR采用傳統(tǒng)定義）。

圖4 單相瞬時性故障下的機端電壓正序分量與瞬時值Fig.4 Positive-sequence component of generator voltage and instantaneous generator voltage under single-phase transient fault

圖5 三相故障下的機端電壓正序分量與瞬時值Fig.5 Positive-sequence component of generator voltage and instantaneous generator voltage under three-phase fault

表2 機端電壓瞬時值峰值Table 2 Peak value of instantaneous generator voltage

基于已驗證的8 種風電機組DLL 模型，重復進行上述仿真，總結8 種機型的風電機組在單相瞬時性和三相故障條件下的機端電壓正序分量峰值和瞬時值峰值結果，分別如表1、2 所示。同時選擇機端電壓正序分量峰值和瞬時值峰值表征風電機組暫態(tài)過電壓水平的原因在于：風電機組配電回路上的電源、繼電器等器件的安全性受工頻過電壓水平限制，風電機組的IGBT對瞬時電壓峰值較為敏感。表1、2中的“脫網(wǎng)”狀態(tài)說明，風電機組在對應故障和SCR條件下會保護動作脫網(wǎng)（基于DLL 的風電機組模型包含實際保護策略），表中“脫網(wǎng)”狀態(tài)括號內(nèi)的數(shù)值為風電機組脫網(wǎng)前的過電壓峰值，且表中數(shù)值均為標幺值。

表1 機端電壓正序分量峰值Table 1 Peak value of positive-sequence component of generator voltage

CSCR 一般取1.5～2.5［11?21］，SCR 小于CSCR 時系統(tǒng)失穩(wěn)，反之穩(wěn)定。設計VSCR=1.4（小于一般的CSCR取值）和VSCR=2.6（大于一般的CSCR 取值）2 種工況，若VSCR=1.4 時系統(tǒng)失穩(wěn)且VSCR=2.6 時系統(tǒng)穩(wěn)定，則可一定程度地佐證：CSCR指標可用于評估風電機組并網(wǎng)系統(tǒng)典型短路故障下的風電機組脫網(wǎng)風險。根據(jù)表1、2 可知，75%的機型不滿足“VSCR=1.4 時系統(tǒng)失穩(wěn)且VSCR=2.6 時系統(tǒng)穩(wěn)定”的條件，這說明CSCR 難以定量評估短路故障過程中風電機組的脫網(wǎng)風險。造成CSCR 難以定量評估故障脫網(wǎng)風險的原因在于：不同風電機組機型在短路過程中的響應特性和保護動作判據(jù)差別較大，采用不考慮風電機組響應的SCR相關指標難以定量判斷不同機型的風電機組脫網(wǎng)的風險。另外，根據(jù)表1、2可知，50%的機型不滿足“VSCR=2.6 時系統(tǒng)穩(wěn)定”的條件，這說明用CSCR確定的送出極限偏樂觀，難以為計算風電匯集系統(tǒng)受暫態(tài)過電壓約束的送出極限提供參考。

進一步地，根據(jù)表1、2，對比VSCR=1.4 和VSCR=2.6這2 種工況的過電壓水平，可以發(fā)現(xiàn)除了機型JF 以外，其他機型在VSCR=2.6 時的暫態(tài)過電壓水平小于VSCR=1.4 時的情況。根據(jù)8 種機型的風電機組的電壓平均值，VSCR從1.4 升至2.6 后，8 種機型的風電機組在單相瞬時性故障下，機端電壓正序分量峰值的平均值降低了0.17 p.u.，電壓瞬時值的平均值降低了0.24 p.u.，在三相故障下的機端電壓正序分量峰值的平均值降低了0.07 p.u.，電壓瞬時值的平均值降低了0.17 p.u.?？梢钥闯?，若應用SCR 指標規(guī)范新能源并網(wǎng)點的系統(tǒng)強度，則對抑制故障過程的暫態(tài)過電壓水平有一定參考價值。同時，對比8 種機型的風電機組在單相瞬時性故障和三相故障下的過電壓結果可知，在VSCR=1.4 的條件下，所有機型的風電機組在單相瞬時性故障下的機端電壓正序分量峰值都高于三相故障，6 種機型的風電機組在單相瞬時性故障下的電壓瞬時值峰值高于三相故障，這表明所測試的大部分機型，在低SCR 條件下發(fā)生單相瞬時性故障導致的暫態(tài)過電壓比三相故障更嚴重。

3 SCR評估次／超同步振蕩風險

通過歸納關于采用SCR指標評估風電匯集系統(tǒng)振蕩風險的現(xiàn)有研究可知［20?21］，利用SCR 判斷風電機組并網(wǎng)系統(tǒng)振蕩風險時，需考慮風電機組特性。風電匯集系統(tǒng)包含多個特性不同的風電機組，對于不同的風電機組，根據(jù)振蕩（小干擾失穩(wěn)）風險計算得到的CSCR 可能不同，難以用某個統(tǒng)一的CSCR 數(shù)值保證不同機型的風電機組接入后均不存在振蕩失穩(wěn)風險。故而有必要針對不同機型的風電機組，開展SCR指標對振蕩風險的影響規(guī)律分析。

針對上述問題，采用控制硬件在環(huán)CHIL（Con?trol-Hardware-In-Loop）實時仿真方法，基于CHIL 擾動注入阻抗測量法進行風電機組阻抗測量，根據(jù)風電機組阻抗的幅頻相頻特性與系統(tǒng)阻抗（由傳統(tǒng)SCR 定義表征），可計算相角裕度進而判斷系統(tǒng)振蕩風險。以表1 中的風電機組機型HZRF 為例，基于CHIL 實時仿真實驗平臺，得到VSCR=1.4和VSCR=2.6條件下，風電機組阻抗Zwind與系統(tǒng)阻抗Zsys的Bode 圖如圖6 所示。由圖可知：在VSCR=1.4 時，風電機組阻抗與電網(wǎng)阻抗幅值在36 Hz 左右相交，對應的相角差為239°，表明系統(tǒng)在36 Hz 左右頻段存在振蕩風險；在VSCR=2.6 時，風電機組阻抗與電網(wǎng)阻抗幅值在32 Hz左右相交，系統(tǒng)存在振蕩風險。

圖6 風電機組的阻抗特性Bode圖Fig.6 Bode diagram of impedance characteristic for wind turbine

利用上述方法給出表1 中8 種機型的風電機組在VSCR=1.4 和VSCR=2.6 條件下的振蕩情況，得到不同SCR 下的相角裕度如表3 所示。若相角裕度小于0°則系統(tǒng)失穩(wěn)，若相角裕度大于0°則在表中給出具體數(shù)值，表中括號內(nèi)的數(shù)值為主導振蕩模態(tài)頻率。

若所有機型的風電機組在VSCR=1.4時系統(tǒng)失穩(wěn)，在VSCR=2.6時系統(tǒng)穩(wěn)定，則可一定程度佐證：CSCR能夠定量評估風電機組匯集系統(tǒng)振蕩風險。但根據(jù)表3 可知，75%的機型不滿足“VSCR=1.4 時失穩(wěn)且VSCR=2.6時穩(wěn)定”的條件，這說明CSCR難以定量評估風電機組并網(wǎng)振蕩風險。另外，根據(jù)表3 可知，25%的機型不滿足“VSCR=2.6 時系統(tǒng)穩(wěn)定”的條件，這說明用CSCR 確定的送出極限不夠保守，難以為計算風電匯集系統(tǒng)受次／超同步振蕩約束的送出極限提供參考。

表3 不同SCR下的相角裕度Table 3 Phase margin under different values of SCR

進一步地，根據(jù)表3 可知，對于8 種機型的風電機組，均符合如下規(guī)律：若高SCR 下系統(tǒng)失穩(wěn)，則低SCR 下系統(tǒng)肯定失穩(wěn)，若低SCR 下系統(tǒng)失穩(wěn)，高SCR下系統(tǒng)不一定失穩(wěn)。這說明若應用SCR指標規(guī)范風電機組并網(wǎng)點系統(tǒng)強度，可一定程度上規(guī)避風電機組振蕩風險。

4 結論

在工程中應用的SCR指標一般僅計及電網(wǎng)網(wǎng)絡特性信息，不考慮風電機組控制特性。但風電匯集系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定、暫態(tài)過電壓以及次／超同步振蕩問題都不同程度地與風電機組控制特性相關，使用SCR 指標判斷穩(wěn)定性問題時，可能存在一定誤差。本文針對上述問題，基于主流風電機組廠家實物控制器開展研究，分析了應用SCR 評估風電匯集系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定、暫態(tài)過電壓和次／超同步振蕩三方面穩(wěn)定問題的適用性，得到主要結論如下。

1）靜態(tài)電壓穩(wěn)定方面：在已知風電機組特性的條件下，SCR 指標與系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性在數(shù)學上有嚴格對應關系，提升系統(tǒng)SCR 可有助于改善靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，可應用CSCR 為確定系統(tǒng)受靜態(tài)電壓穩(wěn)定性約束的送出極限提供參考。但如果不考慮風電機組無功特性，則應用CSCR 指標難以準確評估系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。

2）暫態(tài)過電壓方面：由于不同機型的風電機組在短路故障過程中的響應特性和保護動作判據(jù)差別較大，采用不考慮風電機組響應的SCR 相關指標難以定量判斷風電匯集系統(tǒng)由于暫態(tài)過電壓問題導致的風電機組脫網(wǎng)風險。但實驗結果表明，提升SCR指標后，大多數(shù)風電機組的暫態(tài)過電壓水平有所下降，這說明應用SCR指標規(guī)范風電并網(wǎng)點系統(tǒng)強度，對抑制故障過程中的暫態(tài)過電壓水平有參考價值。

3）次／超同步振蕩方面：應用SCR 指標難以定量評估風電匯集系統(tǒng)發(fā)生次／超同步振蕩的風險，難以為計算風電匯集系統(tǒng)受次／超同步振蕩約束的送出極限提供參考。但實驗結果表明，提升系統(tǒng)SCR 指標，可在一定程度上規(guī)避系統(tǒng)發(fā)生振蕩的風險。

受實際電力系統(tǒng)復雜條件所限，目前應用SCR指標還較難準確評估風電匯集系統(tǒng)的各類穩(wěn)定性。為了能讓SCR指標在系統(tǒng)運行階段為運行方式設計人員和調度運行人員提供更多幫助，在計算風電匯集系統(tǒng)送出極限的過程中發(fā)揮更重要的作用，提出以下2個方面的建議。

1）統(tǒng)計不同風電機組特性：統(tǒng)計不同風電機組在不同SCR條件下的暫態(tài)過電壓特性／寬頻振蕩特性，梳理暫態(tài)過電壓約束或寬頻振蕩約束下不同風電機組的CSCR 數(shù)據(jù)是提出普適性SCR 計算方法和合理的CSCR的前提。

2）風電機組特性的規(guī)范化：SCR 指標常被應用于評估直流饋入系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定，能夠在直流系統(tǒng)廣泛應用的一個重要原因在于直流換流站制造廠家較少，不同換流站的響應特性差異性較小，而風電機組廠家相對較多，不同風電機組應用的控制策略差異較大，導致風電匯集系統(tǒng)中常含有多種特性不同的風電機組，使得采用某一固定的CSCR數(shù)值難以準確評估不同特性風電機組接入后的系統(tǒng)穩(wěn)定性。故而有必要根據(jù)實際風電匯集系統(tǒng)的SCR 數(shù)值，提出有針對性的風電機組動態(tài)特性指標要求，從而對接入該系統(tǒng)中不同廠家的風電機組進行規(guī)范化管理。

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