基于SVG的風(fēng)電場(chǎng)接入局域電網(wǎng)的電壓穩定性分析

摘要：研究了用靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)改善基于雙饋感應發(fā)電機組的風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓穩定性。在DIgSILENT／PowerFactory中建立了雙饋感應發(fā)電機組及SVG控制模型，通過(guò)包含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統仿真，驗證了SVG對風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)電壓穩定性的作用。仿真結果表明，SVG能夠有效地幫助風(fēng)電場(chǎng)在電網(wǎng)發(fā)生故障后迅速恢復電壓，提高風(fēng)電場(chǎng)的故障穿越能力，確保風(fēng)電機組連續運行及電網(wǎng)安全穩定。
關(guān)鍵詞：雙饋感應發(fā)電機；暫態(tài)電壓穩定性：靜止無(wú)功發(fā)生器；風(fēng)電場(chǎng)

0 引言
近期，柔性交流輸電設備已經(jīng)被使用，以控制潮流和電力系統震蕩。它們能夠增加輸電線(xiàn)路的傳輸能力和穩態(tài)電壓的調節，提供暫態(tài)電壓支持，避免系統振蕩。柔性交流輸電設備也能夠被使用在風(fēng)電場(chǎng)，提高整個(gè)系統的的暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩定性。SVG是柔性交流輸電設備中的一員，在風(fēng)電場(chǎng)能夠被有效的使用，提供暫態(tài)電壓支持。換言之，SVG是一個(gè)無(wú)功功率發(fā)生器。SVG是一個(gè)無(wú)功功率補償裝置，它能夠發(fā)出和吸收無(wú)功功率，調節電壓和提高系統動(dòng)態(tài)穩定性。在各種不同的運行條件下，SVG能夠提供系統所必需的無(wú)功功率，動(dòng)態(tài)地控制系統連接點(diǎn)處的電壓。
本文對SVG動(dòng)態(tài)調節并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功功率，從而提高風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓穩定性進(jìn)行了研究，在DIgSILENT／PowerFactory中建立了SVG控制模型、風(fēng)電場(chǎng)等值模型，通過(guò)含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統仿真計算驗證了模型的有效性，并對各種仿真結果進(jìn)行了分析。

1 雙饋感應發(fā)電機
1. 1 雙饋感應發(fā)電機模型
雙饋感應風(fēng)力發(fā)電機在結構上類(lèi)似繞線(xiàn)轉子式感應發(fā)電機，它的定子繞組與三相恒頻電網(wǎng)相連，轉子繞組通過(guò)背靠背變頻器與電網(wǎng)相連。轉子側變頻器能夠獨立調節定了的有功和無(wú)功功率，網(wǎng)側變頻器可以保持直流側電壓恒定。為了擁有一個(gè)比較大的運行范圍，從次同步速狀態(tài)到超同步速狀態(tài)，例如雙饋感應發(fā)電機能夠像發(fā)電機一樣工作在次同步速狀態(tài)(s>0)和超同步速狀態(tài)(s0)，功率變頻器能夠產(chǎn)生潮流在兩個(gè)方向。這就是為什么背靠背變頻器需要被配置的原因。
1．2 風(fēng)力機模型
根據貝茲理論，風(fēng)力機輸出的機械功為：

式中，ρ是空氣密度(kg／m3)，R為風(fēng)力機風(fēng)輪半徑(m)，Cp為風(fēng)能利用系數，Vw為風(fēng)速(m／s)。
由于通過(guò)風(fēng)輪旋轉面的風(fēng)能不能全部被風(fēng)輪吸收利用，定義風(fēng)能利用系數Cp來(lái)表征風(fēng)力機效率，它是葉尖速比λ和槳葉節距角β的函數Cp(λ，β)。其中，葉尖速比λ是風(fēng)輪葉尖線(xiàn)速度與風(fēng)速之比的函數：

式中，ωm為風(fēng)力機旋轉機械角速度(rad／s)。
1．3 雙饋感應發(fā)電機的數學(xué)模型
文中使用dq兩相同步旋轉坐標系下的數學(xué)模型：


由于電磁轉矩、功率方程和運動(dòng)方程與三相靜止坐標系下的相同，故其電磁轉矩的表達式可變?yōu)椋?br />
這樣，基于雙饋感應發(fā)電機的風(fēng)力機模型如圖1所示。