- 頭條研究風電場并網引發電力系統次同步振蕩問題的新方法2021-09-02 作者：王一珺 杜文娟 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語新能源電力系統國家重點實驗室(華北電力大學) 、四川大學電氣工程學院的研究人員對復轉矩系數法的穩定判據進行了改進和推廣，將其擴展到含并網風電場的多輸入多輸出閉環互聯模型的分析中，研究了DFIG風電場接入對同步機軸系穩定性的影響，并從阻尼弱化的角度分析了風機并網引發的近似強模式耦合現象。
風力發電是我國應用規模最大的新能源發電方式，目前我國風電總裝機容量居于世界第一位。隨著新能源并網規模的日益擴大以及風火打捆輸電方式的逐步實施，并網風電機組與同步發電機組之間的相互作用越來越明顯，風電場對電力系統穩定性的影響也越來越顯著。
近年來，風電場并網引起的次同步振蕩事故多發，嚴重影響了事故相關區域電網的安全穩定運行，引起了國內外電力系統穩定性研究領域的廣泛關注。
含大規模風電電網的運行經驗表明，風電的隨機性、波動性及間歇性可能會引起電網各子系統間交換功率的快速變化，引入新的振蕩模式，相應的機電耦合作用可能會進一步誘發同步機組軸系次同步扭振現象，因此探究風電場并網對同步機軸系穩定性的影響具有重要的現實意義和理論價值。
風電場并網對同步機軸系次同步振蕩穩定性的影響主要包括穩態潮流影響和動態交互作用影響兩方面。首先，對于穩態潮流影響，在研究中通常將風電場等效為恒功率源進行研究，通過不同滲透率下同步機出力變化及交流系統潮流變化來分析軸系次同步振蕩穩定性變化。
另外，對于風電機組與同步機組之間的動態交互作用影響，在研究中需充分考慮風電機的動態特性、換流器控制環節采取的控制方式及采用的控制參數對同步機軸系次同步振蕩穩定性的影響。
雙饋風力發電機（Doubly-Fed Induction Generators, DFIG）是目前市場主流機型之一，該機型能夠實現有功功率和無功功率的解耦控制，其轉子回路通過變流器與外部電網相連，變流器中有許多復雜控制環節；定子回路則直接與外部電網相連，與外部電網有直接的耦合作用。因此，DFIG比直驅永磁同步機（Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG）等其他類型的風電機組更容易與同步機軸系之間產生動態交互作用，引發電力系統次同步振蕩事故。
目前，次同步振蕩問題的研究方法主要包括頻域分析法和模式分析法兩大類。復轉矩系數法作為頻域分析法的一種，不僅能夠避免模式分析中常見的“維數災”問題，而且能夠給出任一待研究頻段上系統的阻尼特性，具備明確的物理意義，尤其適合研究軸系扭振及新能源并網引發的次同步振蕩，近年來在風電并網系統次同步振蕩分析領域得到了廣泛的應用。
然而，傳統的復轉矩系數法只能用于分析系統的整體穩定性，無法研究并網風電機組和同步機組之間的動態交互作用，存在一定的應用局限性。同時，由于復轉矩系數法最初提出時僅從物理意義出發，缺乏嚴格的數學證明，近年來有一些文獻對其準確性進行了深入探究，表明該方法在某些特定場景下存在一定局限性。
新能源電力系統國家重點實驗室(華北電力大學) 、四川大學電氣工程學院的研究人員對復轉矩系數法的穩定判據進行了改進和推廣，將其擴展到含并網風電場的多輸入多輸出閉環互聯模型的分析中，研究了DFIG風電場接入對同步機軸系穩定性的影響，并從阻尼弱化的角度分析了風機并網引發的近似強模式耦合現象。
研究人員所提出的分析方法與常用的模式分析法相比，不僅降低了計算量，并且分別考慮了風電場并網后系統潮流變化及動態交互作用對軸系穩定性的影響，能夠從物理角度解釋風機與同步機軸系之間的動態交互作用。
他們的主要研究結論有：
1）基于特征值靈敏度理論，給出了并網風電場與同步機組軸系之間的動態交互作用計算指標，提出了一種用于分析并網風電場引發多機電力系統軸系次同步振蕩的改進復轉矩系數法。所提方法在計算量上較復轉矩系數法略有增加，在計算精度上較復轉矩系數法有顯著的提升。該方法能夠有效地判斷風電場并網后同步機軸系振蕩模式穩定性，且能分別反映穩態潮流變化和動態交互作用兩方面的影響，解決了傳統方法存在的局限性和準確性兩方面問題。
2）從根軌跡、參與因子、參數靈敏度及阻尼轉矩多個角度研究了DFIG風電場振蕩模式與同步機軸系振蕩模式之間的近似強模式耦合現象，明確了其物理意義。
3）分析了風機換流器控制環節參數、輸電系統負荷大小及風火發電機之間動態交互作用對同步機軸系與風機控制環節之間近似強模式耦合現象的影響，指出風機VSC參數的不合理、過大的線路負荷及動態交互作用均可能引發同步機軸系次同步振蕩。
本文編自2020年第15期《電工技術學報》，論文標題為“基于改進復轉矩系數法的風電場并網引發電力系統次同步振蕩研究”，作者為王一珺、杜文娟、陳晨、王海風。
