基于SVG的風電場接入局域電網的電壓穩定性分析

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

0 引言
近期，柔性交流輸電設備已經被使用，以控制潮流和電力系統震蕩。它們能夠增加輸電線路的傳輸能力和穩態電壓的調節，提供暫態電壓支持，避免系統振蕩。柔性交流輸電設備也能夠被使用在風電場，提高整個系統的的暫態和動態穩定性。SVG是柔性交流輸電設備中的一員，在風電場能夠被有效的使用，提供暫態電壓支持。換言之，SVG是一個無功功率發生器。SVG是一個無功功率補償裝置，它能夠發出和吸收無功功率，調節電壓和提高系統動態穩定性。在各種不同的運行條件下，SVG能夠提供系統所必需的無功功率，動態地控制系統連接點處的電壓。
本文對SVG動態調節并網風電場的無功功率，從而提高風電場的暫態電壓穩定性進行了研究，在DIgSILENT／PowerFactory中建立了SVG控制模型、風電場等值模型，通過含風電場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行了分析。

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

式中，ρ是空氣密度(kg／m3)，R為風力機風輪半徑(m)，Cp為風能利用系數，Vw為風速(m／s)。
由于通過風輪旋轉面的風能不能全部被風輪吸收利用，定義風能利用系數Cp來表征風力機效率，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是風輪葉尖線速度與風速之比的函數：

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


由于電磁轉矩、功率方程和運動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為：

這樣，基于雙饋感應發電機的風力機模型如圖1所示。