分析运行风电机组并网的稳定性
来源：未知
发布日期：2019-08-21 08:50【大 中 小】
合愉定速异步风电机组（FSIG）和双馈感应风电机组（DFIG）各组成模块的数学模型，建立了基于定速异步风电机组的单机无穷大系统（FSIG-OMIB）模型和双馈感应风电机组的单机无穷大系统（DFIG-OMIB）模型，在运行点附近将模型线性化，计算 FSIG-OMIB 和 DFIG-OMIB 系统的特征值，并进行小干扰稳定性分析。
合愉电机 定速异步风机 ；双馈感应风机 ；小干扰稳定性
风电并网系统稳定性分析
目前国内外较流行的风电机组的类型有三种 ：基于鼠笼感应电机的定速异步风电机组、基于双馈感应电机的变速风电机组和基于直接驱动永磁发电机的变速风电机组。定速异步风机具有结构稳固、无刷、运行简单、维护价格低、直接与电网相连、成本低等优点，因此广泛运用于风电场中。但定速异步风电机组存在缺少有功、无功控制且输出的风功率波动较大等缺点。双馈感应风机能够分别实现对有功功率和无功功率的解耦控制，从而提高了电能的质量 ；但与定速异步风机相比，双馈感应风机多了逆变器等装置，增加了经济成本。
定速异步风电机组
定速异步发电机的风力发电系统通过变速箱与定速异步发电机的转子和风机相连 ；发电机的定子通过变压器直接与电网相连，这种风力发电系统简称为 FSIG。
双馈感应风电机组数学模型
双馈感应式发电机的风力发电系统通过变速箱发电机的转子轴与风机相连 ；双馈感应式发电机的定子绕组通过变压器直接与电网相连 ；连接于双馈感应发电机端口的“背靠背”（AC-DCAC）转换器反馈到转子绕组上，为发电机提供励磁。这种风力发电系统简称为 DFIG。双馈感应风电机组包括风电机组机械系统、双馈感应发电机、变频器、转子侧变频器控制系统以及电网侧变频器控制系统等模块。
研究对象
在电力系统小干扰分析软件（PSD-SSAP）中搭建电力系统模型，即同步电机 G1 和风电机组接入无穷大系统。
对同步系统小扰动稳定性的影响
本节采用线性化分析手段，分析定速异步风电机组和双馈感应风电机组接入同步系统的容量和位置对同步系统主导振荡模式的影响。
对同步系统大扰动稳定性的影响
当风电场出力水平低，系统在三相短路故障下的临界切除时间较长，此时同步系统的暂态稳定性相对要强。随着风电场出力的逐渐增加，系统在三相短路故障的临界切除时间逐渐减小，同步系统的暂态稳定性降低。当接入比例很低时，同步系统的暂态稳定性急剧下降，当接入比例渐渐增高，同步系统的暂态稳定性下降缓慢。
本文小结
本文以定速异步风机和双馈感应风电机组为研究对象，针对定速异步风机和双馈感应风机自身和接入同步系统的小干扰稳定性和大干扰稳定性进行了分析，主要工作如下。
（1）建立了定速异步风机和双馈感应风电机组的数学模型，并将定速异步风机和双馈感应风机分别接入无穷大系统，给出了基于定速异步风机的单机无穷大系统模型和基于双馈感应电机的单机无穷大系统模型 ；在稳态运行点附近将数学模型线性化，利用特征值分析方法，分别计算出 FSIG-OMIB 系统和 DFIG-OMIB系统的特征值，并对 FSIG-OMIB 系统和 DFIG-OMIB 系统进行小干扰稳定性分析，得到了 FSIG-OMIB 系统和 DFIG-OMIB 系统的振荡模态和阻尼特性。
（2）将单台定速异步风机接入无穷大系统，在机械扰动和电网侧故障情况下对风机进行稳定性分析 ；并在 Matlab/simulink平台上对含定速异步风机的单机无穷大系统和含双馈感应风机的单机无穷大系统进行时域仿真。由时域仿真结果得出 ：由于双馈感应风机有控制器，所以其暂态稳定性优于定速异步风机风电机组。
（3）在电力系统小干扰分析软件（PSD-SSAP）上搭建含风机和同步电机的 2 机无穷大系统为例，通过仿真说明 ：当风机接于送电侧，随着风电机组接入容量的增加，系统的阻尼比减小，不利于同步系统的小干扰稳定性 ；当风机接于送电侧，将 2 机无穷大系统中风机的装机容量逐渐减少，减少量用同容量的同步机替代，随着风机接入比例的减少，系统的阻尼比减小，说明风电场相比较同容量的同步机有利于系统的小干扰稳定性。当风电机组远离同步机组时至受电侧时，系统的阻尼比增大，有利于系统的小干扰稳定性。
（4）通过含风电场和同步电机的两机无穷大系统仿真表明 ：当风机接入送电侧，随着风电机组接入容量的增加，同步系统在三相短路故障下的临界切除时间减小，不利于大扰动下的同步系统的暂态稳定性 ；当风机接于送电侧，将 2 机无穷大系统中风机逐渐减少，减少量用同容量的同步机替代，随着风机接入比例的减少，系统在三相短路故障下的切除时间减小，说明风电场相比较同容量的同步机有利于系统的暂态稳定性。当接入的风电机组远离同步机组至受电侧，同步机在三相短路故障下临界切除时间增加 ；通过对三相短路故障下的临界切除时间的比较得出含定速异步风电机组的同步系统暂态稳定性小于含双馈感应风电机
组的同步系统暂态稳定性。
进一步工作的展望
本文就风电机组接入无穷大系统为例，从小扰动稳定性和大扰动稳定性 2 个方面，仿真分析了风电机组的自身稳定性以及含风电机组的同步系统稳定性问题。论文的工作还处于初步，仍然有许多方面需要进一步研究。
（1）因为本文仅在单机和 2 机无穷大系统上对含定速异步风机和双馈感应风机的风电场对电力系统的小干扰稳定性和暂态稳定性做了初步分析，在多机电力系统或实际电网中的稳定性如何，还有待进一步的分析研究。
（2）本文主要是对风电接入电力系统的稳定性进行研究。而目前在系统在发生故障时可能会造成风电场附近产生低电压，则要求风电场维持正常运行的风电机组低电压穿越功能，提高风电场的故障穿越能力，这对风电机组的技术研究是一个挑战，也是当前需要进行研究的一个方向，对于系统快速恢复稳态也是很有意义的。
