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双馈风机替代同步电机对小干扰稳定的影响

排列3 www.jeimw.cn DFIG 风电场接入电网之前的大规模网络,目前广泛应用的QR 阻尼法完全 适用,并且计算时间不长收敛性良好。然而对于 DFIG 风电场接入电网之后的 网络,由于式(3-7)所述状态方阵的变化,其数学模型更加复杂计算量大大增 加,再用QR 阻尼法计算效果很不理想。本章改用 PowerFactory 14.0 中的隐式 重启动 Arnoldi/Lanczos 法进行计算,此算法基于系数矩阵技术其收敛性能更加 优越,特别适合阶数较高的大型网络 [54] 首先,对风电未接入电网的系统进行模态分析,其结果如图 3-3。图中,用 叉号代表系统的特征根,其中绿色的叉号代表稳定得特征根,红色的叉号代表 不稳定的特征根。由上图可以看出,在 DFIG 没有接入电网时,原电网的网络 状态方阵有一对共轭的分布在虚轴右半面的不稳定特征根(0.07943 3.7365), 其振荡频率为 0.59Hz,阻尼比-0.2123,从中也可以看出未接入风电场时所有特 征根关于实轴对称,此时的仿真系统在小干扰下不稳定。

为了研究具体哪些同步发电机组与系统小干扰不稳定相关及其参与的程 度,本文通过仿真分析得到频率为 0.59Hz 的模态的参与因子图,如下图 3-4 所 示。其中参与振荡贡献为负的机组位于纵轴左半平面,贡献为正的位于右半平 面。采用标幺值来表示贡献因子的大小,以参与程度最高的机组的参与因子为 基准值。从图中可以看出,只有同步发电机 G1 的参与因子为正,并且其绝对 值远远要大于其他的参与因子。显然可以得出结论同步发电机 G1 与系统小干 扰不稳定的相关程度最大。 从参与因子图可以看出 G1 同步电机有很大的正参与因子,造成系统小干 扰下不稳定,其他 9 台同步电机的参与因子均为负或不参与振荡。由此想到进 一步研究如果用 DFIG 组成的风电场替代 G1 的有功出力,是否会对系统的小干 扰稳定性有改善作用。

用 DFIG 替代 G1 出力后的模态分析图如下图 3-5。从图中可以看出,当用 DFIG 组成的风电场替代同步发电机 G1 的有功出力后,图中不再存在红色的叉 号,即系统不再存在不稳定位于虚轴右半面的不稳定特征根,此时的电力网络 小干扰稳定。

DFIG 替代同步电机后,系统由小干扰不稳定变为稳定??杉庵钟眉扑悴?与因子的方法找到参与程度最高机组后替代其出力的方法有助于改善小干扰稳 定。下面简要分析这种改善作用的原因。根据现代电力系统的理论,系统中出 现低频振荡的实质为发电机互相作用的相对摇摆。一是同步发电机组采用发电 机自动电压调节器 (AVR)进行励磁,这种励磁方式较为稳定可以自由控制系统 的功率因数,也可以改善转矩,但是这引进了快速励磁、比例环节参数较大的 闭环控制,会减小系统低频振荡的阻尼比。而 DFIG 组成的风电场由背靠背式 的 PWM 变换器控制转子与电网之间的互联,不存在同步电机快速励磁时的闭 环控制系统。二是根据现代电力系统的理论,系统中出现低频振荡的实质为发 电机互相作用的相对摇摆。同步电机 G1 与其他电机互相作用时是产生相对摇 摆的主要参与机组,如果用 DFIG 将其出力替代后,由于 DFIG 与其他同步电 机间的机电耦合方式较弱,因此会改善整个网络中机组之间摇摆程度,从而改 善系统的小干扰稳定性。

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