直驅(qū)永磁風(fēng)電場并網(wǎng)運行的小干擾穩(wěn)定性分析

劉 嚴， 袁 越， 傅質(zhì)馨

(1.河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院， 南京 210098；2.河海大學(xué)可再生能源發(fā)電技術(shù)教育部工程研究中心， 南京 210098)

直驅(qū)永磁風(fēng)電場并網(wǎng)運行的小干擾穩(wěn)定性分析

劉 嚴， 袁 越， 傅質(zhì)馨

(1.河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院， 南京 210098；2.河海大學(xué)可再生能源發(fā)電技術(shù)教育部工程研究中心， 南京 210098)

為了研究直驅(qū)永磁風(fēng)電場并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響，建立了直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機組的數(shù)學(xué)模型，采用特征值分析法，以無窮大系統(tǒng)和IEEE3機9節(jié)點系統(tǒng)為例進行分析，并且對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定裕度進行了討論。算例分析表明：當(dāng)風(fēng)電場出力增加時，與風(fēng)電場強相關(guān)的振蕩模式的阻尼比呈現(xiàn)出減小的趨勢，對與系統(tǒng)中同步發(fā)電機組強相關(guān)的振蕩模式影響不大，當(dāng)風(fēng)電場出力增加到一定程度時，系統(tǒng)小干擾不穩(wěn)定。最后，通過李雅普諾夫直接法驗證了結(jié)論。

直驅(qū)永磁機組； 電力系統(tǒng)； 小干擾穩(wěn)定； 阻尼特性

近年來，受傳統(tǒng)化石能源緊缺以及環(huán)境因素的影響，可再生能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益受到重視，而風(fēng)能是最廉價、最具發(fā)展前景的綠色能源之一。在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中，大型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為了一個重要的發(fā)展方向。雖然雙饋型變速恒頻風(fēng)電機組是目前國際風(fēng)力發(fā)電市場的主流機型，但是直驅(qū)永磁同步發(fā)電機組以其固有的優(yōu)勢逐漸受到關(guān)注。

目前大多數(shù)風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)電機與風(fēng)機并不是直接相連，而是通過變速齒輪相連，這不僅降低了系統(tǒng)的效率，增加了成本，而且容易出現(xiàn)故障，是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)亟待解決的瓶頸問題。直驅(qū)永磁型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)利用風(fēng)機直接驅(qū)動多極低速永磁同步發(fā)電機發(fā)電，然后通過功率變換電路將電能轉(zhuǎn)換后并入電網(wǎng)。由于風(fēng)機與發(fā)電機直接相連，減少了發(fā)電機的維護工作，不僅可以提高發(fā)電機的效率，而且能在增大電機容量的同時，減小體積，此外由于發(fā)電機采用了永磁結(jié)構(gòu)，省去了電刷和集電環(huán)等易耗機械部件，系統(tǒng)的可靠性也得以提高。基于直驅(qū)永磁風(fēng)電機組的這些優(yōu)勢，未來海上風(fēng)力發(fā)電機組將主要采用直驅(qū)永磁機組。由于電力系統(tǒng)時刻經(jīng)受著小的擾動，如負荷的隨機波動、部分參數(shù)的緩慢變化等，一個小干擾不穩(wěn)定的系統(tǒng)在實際中是難以正常運行的[1]。因此，研究直驅(qū)永磁風(fēng)電機組的小干擾穩(wěn)定性具有重要意義。

目前，很多學(xué)者對鼠籠式風(fēng)力發(fā)電機組和雙饋型異步風(fēng)力發(fā)電機組進行了小干擾穩(wěn)定分析，但是針對直驅(qū)永磁風(fēng)電機組的小干擾穩(wěn)定研究相對較少，大多數(shù)文獻集中在研究變頻器控制策略及對并網(wǎng)特性進行分析。文獻[2]提出了一種直驅(qū)永磁風(fēng)電機組變頻器新型控制策略，仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)動態(tài)性能良好。文獻[3]針對永磁同步風(fēng)電機組發(fā)電機與風(fēng)機直接相連這一特點所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振蕩問題，提出了一種能夠增加該振蕩模式阻尼的控制策略，通過仿真驗證了該控制策略的有效性。文獻[4]研究了直驅(qū)永磁風(fēng)電機組所接入電網(wǎng)的強度對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響，研究表明，交流電壓控制回路對弱電網(wǎng)的穩(wěn)定性有很大的影響，設(shè)計先進的電壓控制器將有利于弱電網(wǎng)的穩(wěn)定性。文獻[5～8]分別分析了異步風(fēng)力發(fā)電機組和雙饋型風(fēng)電場的小干擾穩(wěn)定性，研究結(jié)果表明，異步風(fēng)力發(fā)電機組和雙饋型風(fēng)電場接入系統(tǒng)時，系統(tǒng)具有良好的阻尼特性。文獻[9]分析了異步風(fēng)電機組、雙饋型風(fēng)電機組和直驅(qū)永磁機組對電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的影響，在建模時忽略了定子的暫態(tài)過程，并且將機械模型考慮為兩質(zhì)量塊模型，研究結(jié)果表明，三種風(fēng)電場分別接入系統(tǒng)時，將造成不同程度的系統(tǒng)阻尼比的降低。在分析電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定問題時，大多數(shù)文獻采用的是特征值分析法和時域仿真法，文獻[10]則將李雅普諾夫直接法引入到電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定分析問題中，并通過4個典型算例驗證了該方法的準確性，同時提出用狀態(tài)變量偏差平方積分指標來評價電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。本文首先建立了一種適合直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組小干擾穩(wěn)定分析的數(shù)學(xué)模型，然后推導(dǎo)了全系統(tǒng)的狀態(tài)方程，最后通過特征值分析法對無窮大系統(tǒng)和IEEE3機9節(jié)點系統(tǒng)進行計算分析，研究了風(fēng)電場出力不同時對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響，并且對系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定裕度進行了討論，最后通過李雅普諾夫直接法驗證了本文的結(jié)論。

1 直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組模型

1.1 風(fēng)機動態(tài)模型

由于直驅(qū)永磁發(fā)電機由風(fēng)機直接驅(qū)動，風(fēng)機的轉(zhuǎn)子與發(fā)電機的轉(zhuǎn)子直接相連，所以可以將大軸看成一個剛體，則有

(1)

式中：ωt為風(fēng)機的轉(zhuǎn)速；TJ為風(fēng)機系統(tǒng)總的慣性時間常數(shù)；TM為風(fēng)機的機械轉(zhuǎn)矩，TM=ρACpv3/2ωt，ρ為空氣密度，A為風(fēng)力機葉片掃過的面積，Cp為風(fēng)能利用系數(shù)，v為風(fēng)速；Te為發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩，Te=1.5pniq,sφ，pn為永磁電機極對數(shù)，iq,s為定子電流在q軸上的分量，φ為磁通。

1.2 永磁發(fā)電機模型

永磁發(fā)電機本質(zhì)上是一種同步發(fā)電機，其勵磁為恒定勵磁。若假設(shè)發(fā)電機為對稱的三相永磁發(fā)電機，認為永磁鐵在定子繞組中建立的磁通為正弦分布，并且d-q坐標系的d軸與永磁體產(chǎn)生的磁場同相位，得到永磁發(fā)電機的模型為

(2)

式中：ud,s和uq,s分別為定子電壓在d軸和q軸上的分量；id,s為定子電流在d軸上的分量；Rs為定子電阻；Ls為定子電感；ω為永磁發(fā)電機的電轉(zhuǎn)速[11]。

1.3 變換器模型

永磁發(fā)電機通過一個全容量的“背靠背”變換器與電網(wǎng)相連，變換器系統(tǒng)包括發(fā)電機側(cè)變頻器、網(wǎng)側(cè)變頻器和聯(lián)系兩側(cè)變頻器的直流電容。變換器的模型為

(3)

式中：id,g和iq,g分別為“背靠背”變換器網(wǎng)絡(luò)側(cè)變換器電流在d軸和q軸上的分量；ud,g和uq,g分別為“背靠背”變換器網(wǎng)絡(luò)側(cè)電壓在d軸和q軸上的分量；uDC為并聯(lián)電容器兩端的電壓；C為電容器電容。

1.4 發(fā)電機側(cè)變換器控制器模型

發(fā)電機側(cè)變換器控制器的作用是控制發(fā)電機的有功功率，使其能夠跟蹤風(fēng)機的輸入功率，同時控制d軸電流為0，使得發(fā)電機的損耗最小，其控制器的控制框圖如圖1所示。

圖1 發(fā)電機側(cè)變換器控制框圖

由圖1可以寫出其控制方程如下。

(4)

(5)

(6)

ud,s=Kp1(id,s-id,s_ref)+Ki1x1+ωsLsiq,s

(7)

uq,s=KP3[iq,s-KP2(ωt-ωt_ref)-Ki2x2]+

Ki3x3-ωsLsid,s+ωsφ

(8)

式中：x1、x2和x3為中間變量；Kp1、Kp2和Kp3分別為3個PI控制器的比例系數(shù)；Ki1、Ki2和Ki3分別為3個PI控制器的積分系數(shù)；id,s_ref為d軸電流參考值；ωt_ref為最優(yōu)轉(zhuǎn)速參考值；ωs為永磁發(fā)電機的電轉(zhuǎn)速，ωs=pnωt。

1.5 網(wǎng)絡(luò)側(cè)變換器控制器模型

網(wǎng)絡(luò)側(cè)變換器控制的主要目的是提供穩(wěn)定的直流電壓，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)功率因數(shù)調(diào)整或無功功率的控制。其控制器的控制框圖如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)側(cè)變換器控制框圖

由圖2可以寫出其控制方程如下。

(9)

(10)

(11)

ud,g=Kp5[Kp4(uDC-uDC_ref)+Ki4y1-id,g]+

Ki5y2-ωgLgiq,g+Ue_ref

(12)

uq,g=Kp6(iq,g_ref-iq,g)+Ki6y3+ωgLgid,g

(13)

式中：y1、y2和y3為中間變量；Kp4、Kp5和Kp6分別為3個PI控制器的比例系數(shù)；Ki4、Ki5和Ki6分別為3個PI控制器的積分系數(shù)；iq,g_ref為q軸電流參考值；uDC_ref和Ue_ref分別為直流母線電壓和系統(tǒng)端口電壓參考值；Lg為網(wǎng)絡(luò)側(cè)平波電感；ud,g、uq,g、id,g和iq,g分別為網(wǎng)絡(luò)側(cè)變換器輸出電壓和電流的d、q軸分量。

由以上分析得出，永磁發(fā)電機組的模型可以用一組非線性微分方程表示，而將微分方程組與網(wǎng)絡(luò)方程相聯(lián)立后消去代數(shù)方程組，并在穩(wěn)態(tài)運行點處線性化，便得到全系統(tǒng)的狀態(tài)方程。具體推導(dǎo)過程見附錄。

2 算例

2.1 無窮大系統(tǒng)

將等值風(fēng)電場連接到無窮大系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 風(fēng)電場接入無窮大系統(tǒng)

直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組參數(shù)：PB=1.5 MW；UB=690 V；TJ=5 s；Ls=0.171；Rs=0.01；pn=42；φ=1.1。

系統(tǒng)參數(shù)：XT=0.02；XL=0.021；U=1。

變換器參數(shù)：C=0.001 F；uDC=1 200 V；Lg=0.000 22 H；ωg=314 rad/s。

控制器參數(shù)：Kp1=0.1；Ki1=20；Kp2=2；Ki2=10；Kp3=0.1；Ki3=10；Kp4=1；Ki4=10；Kp5=1；Ki5=1；Kp6=1；Ki6=2 000。

改變風(fēng)電場出力，觀察系統(tǒng)的特征值變化情況，選出振蕩頻率為0.2～2.5 Hz的振蕩模式，結(jié)果見表1，其中：P表示風(fēng)電場出力；λ表示特征值；f表示振蕩頻率；ζ表示阻尼比。

表1 風(fēng)電場出力不同時系統(tǒng)特征值的變化

由表1可知，當(dāng)風(fēng)電場接入無窮大系統(tǒng)時，系統(tǒng)具有良好的阻尼特性，與風(fēng)電場強相關(guān)的振蕩模式的阻尼良好，隨著風(fēng)電場出力的增加，系統(tǒng)振蕩頻率變化不變，系統(tǒng)阻尼比逐漸減小，減小的程度不大。

引入狀態(tài)變量偏差平方積分值來評價系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性[10]，結(jié)果見表2。表中：J表示各狀態(tài)偏差量的加權(quán)平方積分值。

表2 風(fēng)電場出力不同時指標函數(shù)值的變化

由表2可知，當(dāng)風(fēng)電場出力增加時，指標函數(shù)值J逐漸增大，表明系統(tǒng)因小擾動所產(chǎn)生的能量逐漸增大，即系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性逐漸變差，與特征值分析法所得出的結(jié)論一致。

2.2 多機系統(tǒng)

將風(fēng)電場通過變壓器接到多機系統(tǒng)，如圖4所示。其中，G1、G2、G3分別為3臺同步發(fā)電機組，G4為直驅(qū)永磁風(fēng)電場，假設(shè)風(fēng)電場由直驅(qū)永磁機組并聯(lián)組成，經(jīng)過升壓變壓器XT4接入電網(wǎng)，節(jié)點8、9、10為負荷節(jié)點，假定負荷節(jié)點模型為恒阻抗模型，負荷數(shù)據(jù)(標幺值)分別為：2.50+j0.3、4.25+j1.67、2.90+j0.94。系統(tǒng)其他參數(shù)見文獻[12]附錄B，永磁風(fēng)力發(fā)電機組參數(shù)與上例相同。

考慮當(dāng)風(fēng)電場接入多機系統(tǒng)時，通過改變系統(tǒng)中同步發(fā)電機的出力來維持系統(tǒng)潮流平衡，觀察風(fēng)電場出力不同時系統(tǒng)特征值的變化情況，選出振蕩頻率為0.2～2.5 Hz的振蕩模式，結(jié)果如表3～表5所示。

圖4 風(fēng)電場接入3機9節(jié)點系統(tǒng)

表3 P=1時系統(tǒng)的特征值

表4 P=2時系統(tǒng)的特征值

表5 P=3時系統(tǒng)的特征值

對以上4個振蕩模式做特征值對狀態(tài)變量的相關(guān)性分析，結(jié)果如表6所示。表中：Δδ表示同步發(fā)電機組的功角偏差；Δω表示同步發(fā)電機組的角速度偏差。

由表3～表6分析可知，當(dāng)直驅(qū)永磁風(fēng)電場接入多機系統(tǒng)，風(fēng)電場出力逐漸增大時，與風(fēng)電場強相關(guān)的振蕩模式4的阻尼比逐漸減小，對與除平衡節(jié)點2以外的同步機組強相關(guān)的振蕩模式1、3影響不大，阻尼比略有降低，與同步機組強相關(guān)的振蕩模式均具有良好的阻尼特性。

同樣，引入狀態(tài)變量偏差平方積分值來評價系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，所得結(jié)果見表7。

表6 振蕩模式對應(yīng)的強相關(guān)量

表7 風(fēng)電場出力不同時指標函數(shù)值的變化

由表7可知，當(dāng)風(fēng)電場出力增加時，指標函數(shù)值J逐漸增大，表明系統(tǒng)因小擾動所產(chǎn)生的能量逐漸增大，即系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性逐漸變差，與特征值分析法所得出的結(jié)論一致。

為了討論系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定裕度，再逐漸增加風(fēng)電場出力，結(jié)果見表8。

由表8可知，當(dāng)風(fēng)電場出力達到3.1時，系統(tǒng)出現(xiàn)正實部的特征值，系統(tǒng)變得小干擾不穩(wěn)定，即當(dāng)用風(fēng)電場出力來描述系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定裕度時，系統(tǒng)穩(wěn)定裕度為3.1，本文采用李雅普諾夫直接法來驗證結(jié)論的正確性，通過解李雅普諾夫方程，判斷解矩陣是否為正定矩陣來判斷系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，結(jié)果見表9，表中：P表示風(fēng)電場出力；U表示解矩陣是否正定。

由表9可知，當(dāng)風(fēng)電場出力增加到3.1時，李雅普諾夫方程的解矩陣不是正定矩陣，即表明此時系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，與特征值分析法所得結(jié)論一致。

表8 P=3.1時系統(tǒng)的特征值

表9 李雅普諾夫直接法判斷結(jié)果

3 結(jié)語

本文主要研究了直驅(qū)永磁風(fēng)電場對電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響，文中首先建立了適用于分析直驅(qū)永磁同步發(fā)電機組小干擾穩(wěn)定的數(shù)學(xué)模型，然后分別將風(fēng)電場接入無窮大系統(tǒng)和IEEE 3機9節(jié)點系統(tǒng)，推導(dǎo)了全系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣，采用特征值分析法分析了當(dāng)風(fēng)電場出力變化時系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的變化情況，得出結(jié)論：當(dāng)風(fēng)電場出力增加時，與風(fēng)電場強相關(guān)的振蕩模式的阻尼比逐漸減小，系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性變差，但對與同步發(fā)電機組強相關(guān)的振蕩模式影響不大，且所有振蕩模式均具有良好的阻尼特性。本文還討論了系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定裕度，研究表明，風(fēng)電場出力增大到一定程度時會導(dǎo)致系統(tǒng)小干擾不穩(wěn)定，最后通過李雅普諾夫直接法驗證了結(jié)論的正確性。

附錄A直驅(qū)永磁發(fā)電機組10階模型推導(dǎo)過程

將式(1)～式(13)聯(lián)立，并將微分方程組在穩(wěn)態(tài)點線性化，可以寫成形式如下。

pΔxg=AgΔxg+Bg1Δidq,s+Bg2Δudq,s+CΔudq,g+DΔidq,g

(A1)

Δudq,g=K1Δxg+K2Δidq,g

(A2)

Δidq,g=K3Δudq,g

(A3)

式中，Bg1=[0]10×2。

將式(A2)和式(A3)代入式(A1)消去Δudq,g及Δidq,g，則式(A1)可以寫成

pΔxg=f(Δxg，Δidq,s，Δudq,s)

(A4)

其中

Δxg=[ΔωtΔid,sΔuDCΔx1Δx2Δx3Δy1Δy2Δy3]T

Δidq,s=[Δid,sΔiq,s]T

Δudq,s=[Δud,sΔuq,s]T

Δudq,g=[Δud,gΔuq,g]T

Δidq,g=[Δid,gΔiq,g]T

[1] 王康，金宇清，甘德強，等(Wang Kang，Jin Yuqing，Gan Deqiang ，etal). 電力系統(tǒng)小信號穩(wěn)定分析與控制綜述(Survey of power system small signal stability and control)[J]. 電力自動化設(shè)備(Electric Power Automation Equipment)，2009，29(5)：10-19.

[2] Geng Hua，Xu Dewei. Stability analysis and improvements for variable-speed multipole permanent magnet synchronous generator-based wind energy conversion system[J]. IEEE Trans on Sustainable Energy，2011，2(4)：459-467.

[3] Geng Hua，Xu Dewei，Wu Bin,etal. Active damping for PMSG-based WECS with DC-link current estimation[J]. IEEE Trans on Industrial Electronics，2011，58(4)：1110-1119.

[4] Strachan N P W ，Jovcic D. Stability of a variable-speed permanent magnet wind generator with weak AC grids[J]. IEEE Trans on Power Delivery，2010，25(4)：2779-2788.

[5] 湯宏，吳俊玲，周雙喜(Tang Hong, Wu Junling, Zhou Shuangxi). 包含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定分析建模和仿真(Modeling and simulation for small signal stability analysis of power system containing wind farm)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)(Power System Technology)，2004，28(1)：38-41.

[6] 張紅光，張粒子，陳樹勇，等(Zhang Hongguang, Zhang Lizi, Chen Shuyong ,etal). 大容量風(fēng)電場對電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定和阻尼特性的影響(Influence of large scale wind farms on power system small signal stability and damping characteristic)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)(Power System Technology)，2007，31(13)：75-80.

[7] 王忱，石立寶，姚良忠，等(Wang Chen, Shi Libao, Yao Liangzhong ,etal). 大規(guī)模雙饋型風(fēng)電場的小擾動穩(wěn)定分析(Small signal stability analysis of the large-scale wind farm with DFIGs)[J]. 中國電機工程學(xué)報(Proceedings of the CSEE)，2010，30(4)：63-70.

[8] 楊黎暉，馬西奎(Yang Lihui, Ma Xikui). 雙饋風(fēng)電機組對電力系統(tǒng)低頻振蕩特性的影響(Impact of double fed induction generator wind turbine on power system low-frequency oscillation characteristic)[J]. 中國電機工程學(xué)報(Proceedings of the CSEE)，2011，31(10)：19-25.

[9] 關(guān)宏亮(Guan Hongliang). 大規(guī)模風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性研究(Studies on Small Signal Stability of Electric Power System in Respect of Large Wind Farm Connection)[D]. 北京：華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院(Beijing：School of Electrical amp; Electronic Engineering,North China Electric Power University)，2008.

[10]劉憲林，丁超杰，王子琦，等(Liu Xianlin, Ding Chaojie, Wang Ziqi ,etal). 電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定的直接法分析(Direct method to analyze small signal stability of electric power systems)[J]. 電力自動化設(shè)備(Electric Power Automation Equipment)，2011，31(7)：1-4.

[11]黃漢奇，毛承雄，王丹，等(Huang Hanqi, Mao Chengxiong, Wang Dan ,etal). 可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)建模綜述(Modeling summarizing of distributed renewable energy power generation system)[J]. 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(Proceedings of the CSU-EPSA)，2010，22(5)：1-18,24.

[12]鞠平. 電力系統(tǒng)建模理論與方法[M]. 北京：科學(xué)出版社，2010.

劉 嚴(1988-)，男，碩士研究生，研究方向為可再生能源發(fā)電技術(shù)等。Email:liuyan5110579@126.com

袁 越(1966-)，男，博士生導(dǎo)師，教授，研究方向為電力系統(tǒng)運行與控制，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，智能電網(wǎng)與微網(wǎng)技術(shù)等。Email:yyuan@hhu.edu.cn

傅質(zhì)馨(1983-)，女，講師，博士，研究方向為智能電網(wǎng)、可再生能源發(fā)電技術(shù)。Email:zhixinfu@hhu.edu.cn

SmallSignalStabilityAnalysisofGrid-connectedDirect-drivenPermanent-magnetWindFarm

LIU Yan， YUAN Yue， FU Zhi-xin

(1.College of Energy and Electrical Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China;2.Research Center for Renewable Energy Generation Engineering of Ministry of Education, Hohai University, Nanjing 210098, China)

In order to study the impact of grid-connected direct-driven permanent-magnet wind farm on power system small signal stability, the mathematical model of direct-drive permanent-magnet synchronous wind turbine is established. By using eigenvalue analysis method, an infinitive bus system and an IEEE 3-machine 9-bus system are investigated respectively, and then the small signal stability margin is discussed. The analysis of cases shows that the damping ratio of oscillation modes strongly related to wind farm shows a decreasing trend with the wind farm output increasing. The influence of wind farm on oscillation modes strongly related to other synchronous generators is considerably weak. When wind farm output increases to a certain extent, power system becomes unstable for the small signal. At last, Lyapunov direct method is employed to verify the conclusions.

direct-driven permanent-magnet generator； power system； small signal stability； damping characteristic

TM712

A

1003-8930(2012)05-0001-06

2012-05-03；

2012-05-15

國家自然科學(xué)基金資助項目(51077041)