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風(fēng)力發(fā)電是我國(guó)應(yīng)用規(guī)模最大的新能源發(fā)電方式，目前我國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量居于世界第一位。隨著新能源并網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大以及風(fēng)火打捆輸電方式的逐步實(shí)施，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組與同步發(fā)電機(jī)組之間的相互作用越來(lái)越明顯，風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響也越來(lái)越顯著。

近年來(lái)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)引起的次同步振蕩事故多發(fā)，嚴(yán)重影響了事故相關(guān)區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，引起了國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

含大規(guī)模風(fēng)電電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，風(fēng)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性及間歇性可能會(huì)引起電網(wǎng)各子系統(tǒng)間交換功率的快速變化，引入新的振蕩模式，相應(yīng)的機(jī)電耦合作用可能會(huì)進(jìn)一步誘發(fā)同步機(jī)組軸系次同步扭振現(xiàn)象，因此探究風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)同步機(jī)軸系穩(wěn)定性的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。

風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)同步機(jī)軸系次同步振蕩穩(wěn)定性的影響主要包括穩(wěn)態(tài)潮流影響和動(dòng)態(tài)交互作用影響兩方面。首先，對(duì)于穩(wěn)態(tài)潮流影響，在研究中通常將風(fēng)電場(chǎng)等效為恒功率源進(jìn)行研究，通過(guò)不同滲透率下同步機(jī)出力變化及交流系統(tǒng)潮流變化來(lái)分析軸系次同步振蕩穩(wěn)定性變化。

另外，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組與同步機(jī)組之間的動(dòng)態(tài)交互作用影響，在研究中需充分考慮風(fēng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性、換流器控制環(huán)節(jié)采取的控制方式及采用的控制參數(shù)對(duì)同步機(jī)軸系次同步振蕩穩(wěn)定性的影響。

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Doubly-Fed Induction Generators, DFIG）是目前市場(chǎng)主流機(jī)型之一，該機(jī)型能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的解耦控制，其轉(zhuǎn)子回路通過(guò)變流器與外部電網(wǎng)相連，變流器中有許多復(fù)雜控制環(huán)節(jié)；定子回路則直接與外部電網(wǎng)相連，與外部電網(wǎng)有直接的耦合作用。因此，DFIG比直驅(qū)永磁同步機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG）等其他類型的風(fēng)電機(jī)組更容易與同步機(jī)軸系之間產(chǎn)生動(dòng)態(tài)交互作用，引發(fā)電力系統(tǒng)次同步振蕩事故。

目前，次同步振蕩問(wèn)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(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)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(shù)災(zāi)”問(wèn)題，而且能夠給出任一待研究頻段上系統(tǒng)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(wǎng)引發(fā)的次同步振蕩，近年來(lái)在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)次同步振蕩分析領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

然而，傳統(tǒng)的復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法只能用于分析系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，無(wú)法研究并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組和同步機(jī)組之間的動(dòng)態(tài)交互作用，存在一定的應(yīng)用局限性。同時(shí)，由于復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法最初提出時(shí)僅從物理意義出發(fā)，缺乏嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，近年來(lái)有一些文獻(xiàn)對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行了深入探究，表明該方法在某些特定場(chǎng)景下存在一定局限性。

新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué)) 、四川大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員對(duì)復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法的穩(wěn)定判據(jù)進(jìn)行了改進(jìn)和推廣，將其擴(kuò)展到含并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的多輸入多輸出閉環(huán)互聯(lián)模型的分析中，研究了DFIG風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)同步機(jī)軸系穩(wěn)定性的影響，并從阻尼弱化的角度分析了風(fēng)機(jī)并網(wǎng)引發(fā)的近似強(qiáng)模式耦合現(xiàn)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(jì)算量，并且分別考慮了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后系統(tǒng)潮流變化及動(dòng)態(tài)交互作用對(duì)軸系穩(wěn)定性的影響，能夠從物理角度解釋風(fēng)機(jī)與同步機(jī)軸系之間的動(dòng)態(tài)交互作用。

他們的主要研究結(jié)論有：

1）基于特征值靈敏度理論，給出了并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)與同步機(jī)組軸系之間的動(dòng)態(tài)交互作用計(jì)算指標(biāo)，提出了一種用于分析并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)引發(fā)多機(jī)電力系統(tǒng)軸系次同步振蕩的改進(jìn)復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法。所提方法在計(jì)算量上較復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法略有增加，在計(jì)算精度上較復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法有顯著的提升。該方法能夠有效地判斷風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后同步機(jī)軸系振蕩模式穩(wěn)定性，且能分別反映穩(wěn)態(tài)潮流變化和動(dòng)態(tài)交互作用兩方面的影響，解決了傳統(tǒng)方法存在的局限性和準(zhǔn)確性兩方面問(wèn)題。

2）從根軌跡、參與因子、參數(shù)靈敏度及阻尼轉(zhuǎn)矩多個(gè)角度研究了DFIG風(fēng)電場(chǎng)振蕩模式與同步機(jī)軸系振蕩模式之間的近似強(qiáng)模式耦合現(xiàn)象，明確了其物理意義。

3）分析了風(fēng)機(jī)換流器控制環(huán)節(jié)參數(shù)、輸電系統(tǒng)負(fù)荷大小及風(fēng)火發(fā)電機(jī)之間動(dòng)態(tài)交互作用對(duì)同步機(jī)軸系與風(fēng)機(jī)控制環(huán)節(jié)之間近似強(qiáng)模式耦合現(xiàn)象的影響，指出風(fēng)機(jī)VSC參數(shù)的不合理、過(guò)大的線路負(fù)荷及動(dòng)態(tài)交互作用均可能引發(fā)同步機(jī)軸系次同步振蕩。

本文編自2020年第15期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于改進(jìn)復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)引發(fā)電力系統(tǒng)次同步振蕩研究”，作者為王一珺、杜文娟、陳晨、王海風(fēng)。