含双馈机组的风电系统并网点电压稳定性研究

李诗怡 李姿* 沈阳工学院 信息与控制学院

随着国家对可再生能源发电的高度重视，风电已成为具有规模化开发和商业化发展前景的新能源。其中双馈机组已成为我国风电场的主流机型。

双馈风力发电机采用四象限大功率电力电子变流器与电网连接，通过变流器的控制实现有功、无功的解耦，其自身无功调节能力可以广泛应用于风电场的无功调节。此外调度部门建立无功补偿设备，通过充分利用DFIG和无功补偿设备协调实现整个风电场无功功率调节，从而使整个电网无功功率的平衡。

本文通过对分散式风电场电压控制点的偏差计算出风场的无功需求，当DFIG无功输出能力满足电网需求时，以网损最小进行无功分配；当DFIG不能满足电网需求，则通过DFIG与SVC协调配合进行无功优化，实现降低风机损耗的无功优化控制策略。

1 双馈风机运行特性

1.1 双馈风力发电机无功功率极限

双馈风力发电机在定子侧采用发电机的转动惯例，转子侧采用电动机的转动惯例，其等效电路如图1所示。

图 1双馈型异步发电机等效电路

1.2 单台风机无功功率参考值计算

计算单台风机的无功损耗时，忽略变换器的损耗（包括铁损和机械损耗等），DFIG的损耗主要为定、转子的铜耗。

单台风机输出的无功功率值为时，对应的无功损耗的最小值为

QX*=-3XSRrU2s/X2m+R2sRr+X2s+Rr

2 风电场级的无功优化

大型含双馈发电机组的风电场与弱电网相连时，需要强大的无功功率支撑控制中枢点电压；大型含双馈发电机组的风电场与强电网相连时，由于无功出力的限制，无法独立调节节点电压。所以本文利用机组的无功无力对电网中某个节点进行控制，对该点后的用户进行无功动态补偿。

整体的无功优化流程,下层是自带独立控制器的双馈变速恒频风电机组，通过内部网络与风场的监控系统通讯。监控系统一方面监测每台风机的运行情况，另一方面与上一层电网调度系统交换数据。电网调度系统采集风电场整体的运行数据，分析无功功率的参考命令，向风场监控系统下达电网调度指令。

3 算例分析

本文采用电力系统暂态分析软件 (Power System Computer Aided Design，PSCAD）对某地实际风电场进行仿真分析，验证本文提出的控制策略的准确性。算例系统接线图如图2所示。

图 2算例系统

在同一风电场，以某1.5MW双馈风电机组为例，模拟机组的外部环境相同，设置对照组实验，优化前采用的是机组按单位功率因数运行，并在升压站低压侧安装无功补偿设备；优化后是采用本章的无功功率协调控制方案，最大限度利用风机的无功调节输出，并在主变压器低压侧安装了无功补偿设备。每台变压器将风力发电机的出口电压升高至35kV并接入电网。

本方案调节后，可以有效降低35kV节点电压，使其波动减小，有利于系统的稳定。优化前主要依靠无功补偿设备发出无功，补偿无功损耗。优化后由风机本身与无功补偿设备协调补偿，节约了无功补偿设备容量。

4 结论

双馈变速恒频风力发电机组由于超高的性价比，成为了目前的主流机型。现实中，双馈风力发电机组往往采用恒功率因数运行。针对这一问题，利用PSCAD软件，搭建了某实际风电场的双馈机组，采用本文的无功调控策略，与风电场原无功调控方案进行比较，进行仿真验证，可以得出本文所提出的控制策略能充分发挥风电机组的快速无功调节能力，对现实中风电机组的运行有一定的借鉴与指导意义。

参考文献 ( References):

[1]王成福，梁军，张利.基于静止同步补偿器的风电场无功电压控制策略［J］.中国电机工程学报，2010，30(25)：23-28.

[2]王成福，梁军，冯江霞.故障时刻风电系统无功电压协调控制策略，2011，31( 9)：14-21.