2型風力發電機次同步諧振阻尼的模型分析

婁崢++王宏民

摘 要：簡要闡述了2型WTs在連接一系列串聯補償輸電線路中可能會發生次同步諧振的情況，進而通過合適的控制抑制這種情況。

關鍵詞：次同步諧振；2型風力發電機；動態模型；風力發電

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.082

對許多國家而言，風力發電已經成為重要的電力資源之一。2型WTs（基于繞線轉子異步電機（WRIG））是用簡單的直流斬波器控制轉子外接電阻來減小扭轉SSR的現象。該現象是常規同步發電機和串聯補償輸電線路相互作用的結果。

1 次同步諧振

SSR現象相當于電網和在電網同步頻率下汽輪發電機組軸系間的振蕩。最常見的情況發生在串聯補償輸電線路，這是電容器電容與傳輸線中固有諧振頻率電感相互作用的結果。

根據交互系統，通?？蓪SR現象分為2個不同的類別，即異步發電機效應（IGE）和機電扭振互作用（TI）。

2 系統建模

2型WT系統是由風機、傳動系統、WRIG、電源轉換器和連接在發電機的輸出端的并聯電容器組成。WPP是利用收集雙質量傳動機械系統的2型WTs的N組數建模。

2.1 串聯補償傳輸線路模型

該模型中，頻率ωs是由同步旋轉的d-q參考坐標系得到的，即：

式（1）中：ωel為電頻率的值；ωb為基準頻率的值。

串聯補償傳輸線路模型為：

式（2）（3）（4）（5）中：Rl為線路等效電阻；id為d-q坐標系下d軸電流；Ll為傳輸線L1、L2和L3的耦合電感的總和；iq為d-q坐標系下q軸電流。

2.2 2型WT模型

2型結構主要包含通過機械傳動連接到WRIG的WT。WRIG外接電阻Rdc通過電源轉換器連接到轉子繞組，包括三相整流橋和直流斬波電路。直流斬波占空比d可在小范圍內向WT提供一定的調節功能。

2.2.1 機械傳功系統

WT的傳動系統是把氣動力矩輸送到葉片發電機軸上。它包括渦輪機、低速軸、變速箱、高速軸和WRIG的轉子。本文運用了機械系統的雙質量模型。這種模型可表示為：

2.2.2 繞線式異步電機

WRIG是在瞬時阻抗下的等效電壓源下建模的。式（9）（10）（11）（12）給出了d-q參考坐標系下的狀態空間模型，即：

2.2.3 并聯電容器

WRIGs需要無功功率，以保持它的勵磁。出于這個原因，通常在WRIG終端安裝并聯電容器。d-q坐標系的狀態方程如下：

式（13）（14）中：Csh為電容。

2.2.4 整體系統模型

由式（2）（3）（4）（5）可以得到整體狀態空間模型描述的電力系統。利用構成系統得到一組13階非線性微分方程，即：

選擇isd作為控制SSR阻尼的狀態變量，因此，輸出方程變為：

矩陣 的特征值是提供諧振模式的標識。該系統的小信號模型是通過定義矩陣 ， 和 得到的。

3 結論

隨著風力發電的日益普及，預計在不久的將來，風電廠將參與電力系統動態事件，并提出類似傳統同步發電機的要求。配有電壓源變換器的WT能夠抑制電力系統振蕩。本文表明，適當控制外部轉子電阻值，2型WTs也能夠以一種有效的方式阻尼SSR振蕩。

參考文獻

[1]De Prada M，Mantilla-David F，Dominguez-Garcia J，et al.Contribution of Type-2 wind turbines to sub-synchronous resonance damping.Int J Electr Power Energy Syst，2014（55）：714.

[2]IEEE SSR Working Group.Terms definitions and symbols for sub-synchronous oscillations.IEEE Trans Power Apparatus Syst，1985，104（6）：1326.

[3]IEEE Committee Report.Readers guide to sub-synchronous resonance.IEEE Trans Power Syst，1992，7（1）：150.

〔編輯：白潔〕