風力發電機接入配電網的暫態電壓穩定分析

于向東

摘 要：介紹了基本概念的暫態穩定的配電網絡和配電網綜合教程（PSASP）的基本內容，并結合具體的實例，采用PSASP潮流計算的應用。線路故障臨界清除時間用來描述配電網的暫態電壓穩定性的量化指標，以動態系統wscc3機9節點直接驅動單元的時域仿真法和基于網絡的風電場運營商在實例系統的暫態電壓特性的仿真分析，研究結果表明，使用直接驅動的風電場機組故障的關鍵清除時間比原來的系統線路故障臨界清除時間較長，因此，基于直接驅動風機接入系統可以提高原系統的暫態電壓穩定性。

關鍵詞：暫態電壓穩定 直驅永磁風機 線路故障臨界切除時間

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0062-01

安全、穩定和節約用電的配電網絡是國民經濟的命脈，一旦發生事故傷害電網的穩定性，將給國民經濟造成巨大損失。配電網電壓穩定作為配電網的穩定性的一個重要方面，它本身是一個動態的問題，由許多元素和控制系統動態特性的影響。近年來，由于其簡單的空調，熱泵系統的慣性，冰箱壓縮機塊低的時刻，以及與新的辦公用品和其他類型的負載比電子控制電源近似恒功率特性的增加，系統更容易發生暫態電壓失穩，對暫態電壓穩定性研究受到越來越多的關注。

該文分析了在瞬態操作的直接驅動風力發電機的控制策略，保證直驅風力發電機的瞬態操作能力，并對并網風電場接入基于3機9節點算例系統進行動態模擬的方法，對比研究直接驅動單元的實例系統的暫態電壓穩定性，結果顯示直接驅動發電機接入的電力系統暫態電壓穩定性的風電場的暫態電壓穩定性都優于原有網絡。

1 永磁直驅風電機組暫態的電壓特性分析

當電網側變流器采用直流電壓的非恒功率因數控制模式，故障后的電網中的電壓跌落由風力發電機組進行控制，而不是在電網電壓提供調整和控制，暫態電壓穩定性的無功支持參與制度，因此，為發揮直接驅動的風機的控制能力，使風機能夠充分參與系統暫態電壓控制而不間斷提供電力，在直驅型風力發電機組的暫態電壓控制模型的電網側轉換器和直接驅動單元，控制模型的控制框圖如圖1所示。

測得的故障發生時的電壓值與參考電壓設定值進行比較，誤差值輸入PI控制，永磁同步電機側變流器需要無功功率參考值可通過調整PI控制器獲得通過，的直接風機通過控制內部電流大度控制調整發出無功功率，使直驅型風機的端電壓迅速恢復到給定值，為電網提供無功支持。

2 直驅風機數學模型

本文建立的直驅風機模型，用dq坐標系可表示為，

（1）

直驅風力發電機定子d、q軸電感分別表示為和；直驅風力發電機定子在d軸與q軸電流上的電流分量用和表示； 直驅風力發電機定子電阻表示為；直驅風力發電機定子磁場角頻率為；直驅風力發電機轉子極對數表示為，則有=，直驅風力發電機轉子永磁體的磁鏈；直驅風力發電機定子d、q軸分量分別為和。定義q軸的反電勢=，d軸的反電勢為=0，假設發電機d軸與q軸電感相等，即==，則式（1）可以寫成

（2）

電磁轉矩表達式為：

（3）

若，則式（3）可以簡化為

（4）

3 算例分析

圖2是G2發電機35 kV母線電壓曲線，在T=2.32 s系統故障，通過仿真計算，在直驅風機接入3機9節點系統的故障臨界清除時間為0.32 s。基于直驅風機接入3機9節點的系統與原系統的故障臨界清除時間的比較，與電網連接的風電場在3機9節點的直驅風機，能在一定程度上提高原系統的暫態電壓穩定性。

4 結語

該文以直驅風機接入的配電網系統暫態電壓穩定性為研究目標，建立的瞬態電壓控制策略，通過仿真計算分析可以使直驅風機對配電網提供一定的無功功率支持，提高永磁同步直驅風力發電機組暫態穩定運行效率；在3機9節點算例系統中，暫態電壓穩定性和并網風接入的情況下，在本文研究的控制策略下，可以接入更多的直驅型風機。算例分析表明，有風機接入的配網系統與無風機接入的配網系統相比，臨界故障切除時間要有一定延長，因此直驅風機較其他類型的風機相比，能有效提高所接入的配電網的暫態電壓穩定性。

參考文獻

[1] 徐可，胡敏強，鄭建勇，等.風力發電機無速度傳感器網側功率直接控制[J].配電網自動化，2006，30（23）：43-47.

[2] 汪令祥，張興，張崇巍，等.基于位置觀測的直驅系統無速度傳感器技術[J].配電網自動化，2008，32（12）：78-82.

[3] 閆耀民，范瑜，汪至中.永磁同步風力發電系統的自尋優控制[J].電工技術學報，2002，27（20）： 62-67.

[4] Yazdani A，Iravani R，A neutral-point clamped converter system fordirect-drive variable-speed wind power unit[J].IEEE Trans on Energy Conversion，2006，21（2）：596-607.

[5] 姚駿，廖勇，莊凱.永磁直驅風電機組的雙PWM變換器協調控制策略[J].配電網自動化，2008，32（20）：88-92.

[6] 尹明，李庚銀，張建成，等.直驅式永磁同步風力發電機組建模及其控制策略[J].電網技術，2007，31（15）： 61-65.

[7] 遲永寧，劉燕華，王偉勝，等.風電接入對配電網影響的研究[J].電網技術，2006，48（5）：38-44.

[8] 于德龍，趙海翔，曹娜.風電場接入地區電網的電壓問題分析[J].中國電力，2006，39（6）：10-14.endprint

摘 要：介紹了基本概念的暫態穩定的配電網絡和配電網綜合教程（PSASP）的基本內容，并結合具體的實例，采用PSASP潮流計算的應用。線路故障臨界清除時間用來描述配電網的暫態電壓穩定性的量化指標，以動態系統wscc3機9節點直接驅動單元的時域仿真法和基于網絡的風電場運營商在實例系統的暫態電壓特性的仿真分析，研究結果表明，使用直接驅動的風電場機組故障的關鍵清除時間比原來的系統線路故障臨界清除時間較長，因此，基于直接驅動風機接入系統可以提高原系統的暫態電壓穩定性。

關鍵詞：暫態電壓穩定 直驅永磁風機 線路故障臨界切除時間

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0062-01

安全、穩定和節約用電的配電網絡是國民經濟的命脈，一旦發生事故傷害電網的穩定性，將給國民經濟造成巨大損失。配電網電壓穩定作為配電網的穩定性的一個重要方面，它本身是一個動態的問題，由許多元素和控制系統動態特性的影響。近年來，由于其簡單的空調，熱泵系統的慣性，冰箱壓縮機塊低的時刻，以及與新的辦公用品和其他類型的負載比電子控制電源近似恒功率特性的增加，系統更容易發生暫態電壓失穩，對暫態電壓穩定性研究受到越來越多的關注。

該文分析了在瞬態操作的直接驅動風力發電機的控制策略，保證直驅風力發電機的瞬態操作能力，并對并網風電場接入基于3機9節點算例系統進行動態模擬的方法，對比研究直接驅動單元的實例系統的暫態電壓穩定性，結果顯示直接驅動發電機接入的電力系統暫態電壓穩定性的風電場的暫態電壓穩定性都優于原有網絡。

1 永磁直驅風電機組暫態的電壓特性分析

當電網側變流器采用直流電壓的非恒功率因數控制模式，故障后的電網中的電壓跌落由風力發電機組進行控制，而不是在電網電壓提供調整和控制，暫態電壓穩定性的無功支持參與制度，因此，為發揮直接驅動的風機的控制能力，使風機能夠充分參與系統暫態電壓控制而不間斷提供電力，在直驅型風力發電機組的暫態電壓控制模型的電網側轉換器和直接驅動單元，控制模型的控制框圖如圖1所示。

測得的故障發生時的電壓值與參考電壓設定值進行比較，誤差值輸入PI控制，永磁同步電機側變流器需要無功功率參考值可通過調整PI控制器獲得通過，的直接風機通過控制內部電流大度控制調整發出無功功率，使直驅型風機的端電壓迅速恢復到給定值，為電網提供無功支持。

2 直驅風機數學模型

本文建立的直驅風機模型，用dq坐標系可表示為，

（1）

直驅風力發電機定子d、q軸電感分別表示為和；直驅風力發電機定子在d軸與q軸電流上的電流分量用和表示； 直驅風力發電機定子電阻表示為；直驅風力發電機定子磁場角頻率為；直驅風力發電機轉子極對數表示為，則有=，直驅風力發電機轉子永磁體的磁鏈；直驅風力發電機定子d、q軸分量分別為和。定義q軸的反電勢=，d軸的反電勢為=0，假設發電機d軸與q軸電感相等，即==，則式（1）可以寫成

（2）

電磁轉矩表達式為：

（3）

若，則式（3）可以簡化為

（4）

3 算例分析

圖2是G2發電機35 kV母線電壓曲線，在T=2.32 s系統故障，通過仿真計算，在直驅風機接入3機9節點系統的故障臨界清除時間為0.32 s。基于直驅風機接入3機9節點的系統與原系統的故障臨界清除時間的比較，與電網連接的風電場在3機9節點的直驅風機，能在一定程度上提高原系統的暫態電壓穩定性。

4 結語

該文以直驅風機接入的配電網系統暫態電壓穩定性為研究目標，建立的瞬態電壓控制策略，通過仿真計算分析可以使直驅風機對配電網提供一定的無功功率支持，提高永磁同步直驅風力發電機組暫態穩定運行效率；在3機9節點算例系統中，暫態電壓穩定性和并網風接入的情況下，在本文研究的控制策略下，可以接入更多的直驅型風機。算例分析表明，有風機接入的配網系統與無風機接入的配網系統相比，臨界故障切除時間要有一定延長，因此直驅風機較其他類型的風機相比，能有效提高所接入的配電網的暫態電壓穩定性。

參考文獻

[1] 徐可，胡敏強，鄭建勇，等.風力發電機無速度傳感器網側功率直接控制[J].配電網自動化，2006，30（23）：43-47.

[2] 汪令祥，張興，張崇巍，等.基于位置觀測的直驅系統無速度傳感器技術[J].配電網自動化，2008，32（12）：78-82.

[3] 閆耀民，范瑜，汪至中.永磁同步風力發電系統的自尋優控制[J].電工技術學報，2002，27（20）： 62-67.

[4] Yazdani A，Iravani R，A neutral-point clamped converter system fordirect-drive variable-speed wind power unit[J].IEEE Trans on Energy Conversion，2006，21（2）：596-607.

[5] 姚駿，廖勇，莊凱.永磁直驅風電機組的雙PWM變換器協調控制策略[J].配電網自動化，2008，32（20）：88-92.

[6] 尹明，李庚銀，張建成，等.直驅式永磁同步風力發電機組建模及其控制策略[J].電網技術，2007，31（15）： 61-65.

[7] 遲永寧，劉燕華，王偉勝，等.風電接入對配電網影響的研究[J].電網技術，2006，48（5）：38-44.

[8] 于德龍，趙海翔，曹娜.風電場接入地區電網的電壓問題分析[J].中國電力，2006，39（6）：10-14.endprint

摘 要：介紹了基本概念的暫態穩定的配電網絡和配電網綜合教程（PSASP）的基本內容，并結合具體的實例，采用PSASP潮流計算的應用。線路故障臨界清除時間用來描述配電網的暫態電壓穩定性的量化指標，以動態系統wscc3機9節點直接驅動單元的時域仿真法和基于網絡的風電場運營商在實例系統的暫態電壓特性的仿真分析，研究結果表明，使用直接驅動的風電場機組故障的關鍵清除時間比原來的系統線路故障臨界清除時間較長，因此，基于直接驅動風機接入系統可以提高原系統的暫態電壓穩定性。

關鍵詞：暫態電壓穩定 直驅永磁風機 線路故障臨界切除時間

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0062-01

安全、穩定和節約用電的配電網絡是國民經濟的命脈，一旦發生事故傷害電網的穩定性，將給國民經濟造成巨大損失。配電網電壓穩定作為配電網的穩定性的一個重要方面，它本身是一個動態的問題，由許多元素和控制系統動態特性的影響。近年來，由于其簡單的空調，熱泵系統的慣性，冰箱壓縮機塊低的時刻，以及與新的辦公用品和其他類型的負載比電子控制電源近似恒功率特性的增加，系統更容易發生暫態電壓失穩，對暫態電壓穩定性研究受到越來越多的關注。

該文分析了在瞬態操作的直接驅動風力發電機的控制策略，保證直驅風力發電機的瞬態操作能力，并對并網風電場接入基于3機9節點算例系統進行動態模擬的方法，對比研究直接驅動單元的實例系統的暫態電壓穩定性，結果顯示直接驅動發電機接入的電力系統暫態電壓穩定性的風電場的暫態電壓穩定性都優于原有網絡。

1 永磁直驅風電機組暫態的電壓特性分析

當電網側變流器采用直流電壓的非恒功率因數控制模式，故障后的電網中的電壓跌落由風力發電機組進行控制，而不是在電網電壓提供調整和控制，暫態電壓穩定性的無功支持參與制度，因此，為發揮直接驅動的風機的控制能力，使風機能夠充分參與系統暫態電壓控制而不間斷提供電力，在直驅型風力發電機組的暫態電壓控制模型的電網側轉換器和直接驅動單元，控制模型的控制框圖如圖1所示。

測得的故障發生時的電壓值與參考電壓設定值進行比較，誤差值輸入PI控制，永磁同步電機側變流器需要無功功率參考值可通過調整PI控制器獲得通過，的直接風機通過控制內部電流大度控制調整發出無功功率，使直驅型風機的端電壓迅速恢復到給定值，為電網提供無功支持。

2 直驅風機數學模型

本文建立的直驅風機模型，用dq坐標系可表示為，

（1）

直驅風力發電機定子d、q軸電感分別表示為和；直驅風力發電機定子在d軸與q軸電流上的電流分量用和表示； 直驅風力發電機定子電阻表示為；直驅風力發電機定子磁場角頻率為；直驅風力發電機轉子極對數表示為，則有=，直驅風力發電機轉子永磁體的磁鏈；直驅風力發電機定子d、q軸分量分別為和。定義q軸的反電勢=，d軸的反電勢為=0，假設發電機d軸與q軸電感相等，即==，則式（1）可以寫成

（2）

電磁轉矩表達式為：

（3）

若，則式（3）可以簡化為

（4）

3 算例分析

圖2是G2發電機35 kV母線電壓曲線，在T=2.32 s系統故障，通過仿真計算，在直驅風機接入3機9節點系統的故障臨界清除時間為0.32 s。基于直驅風機接入3機9節點的系統與原系統的故障臨界清除時間的比較，與電網連接的風電場在3機9節點的直驅風機，能在一定程度上提高原系統的暫態電壓穩定性。

4 結語

該文以直驅風機接入的配電網系統暫態電壓穩定性為研究目標，建立的瞬態電壓控制策略，通過仿真計算分析可以使直驅風機對配電網提供一定的無功功率支持，提高永磁同步直驅風力發電機組暫態穩定運行效率；在3機9節點算例系統中，暫態電壓穩定性和并網風接入的情況下，在本文研究的控制策略下，可以接入更多的直驅型風機。算例分析表明，有風機接入的配網系統與無風機接入的配網系統相比，臨界故障切除時間要有一定延長，因此直驅風機較其他類型的風機相比，能有效提高所接入的配電網的暫態電壓穩定性。

參考文獻

[1] 徐可，胡敏強，鄭建勇，等.風力發電機無速度傳感器網側功率直接控制[J].配電網自動化，2006，30（23）：43-47.

[2] 汪令祥，張興，張崇巍，等.基于位置觀測的直驅系統無速度傳感器技術[J].配電網自動化，2008，32（12）：78-82.

[3] 閆耀民，范瑜，汪至中.永磁同步風力發電系統的自尋優控制[J].電工技術學報，2002，27（20）： 62-67.

[4] Yazdani A，Iravani R，A neutral-point clamped converter system fordirect-drive variable-speed wind power unit[J].IEEE Trans on Energy Conversion，2006，21（2）：596-607.

[5] 姚駿，廖勇，莊凱.永磁直驅風電機組的雙PWM變換器協調控制策略[J].配電網自動化，2008，32（20）：88-92.

[6] 尹明，李庚銀，張建成，等.直驅式永磁同步風力發電機組建模及其控制策略[J].電網技術，2007，31（15）： 61-65.

[7] 遲永寧，劉燕華，王偉勝，等.風電接入對配電網影響的研究[J].電網技術，2006，48（5）：38-44.

[8] 于德龍，趙海翔，曹娜.風電場接入地區電網的電壓問題分析[J].中國電力，2006，39（6）：10-14.endprint