基于矩陣的跡的弱電網(wǎng)下永磁直驅(qū)風(fēng)電場直流電壓時(shí)間尺度小擾動(dòng)振蕩穩(wěn)定性分析

劉克權(quán)，劉文飛，劉 春，郝如海，陳仕彬，高 振，王 洋

（1. 國網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730070；2. 國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730070；3. 四川大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610065）

0 引言

大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)加快推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)起到關(guān)鍵作用。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電氣部分主要基于電力電子變流器的矢量控制實(shí)現(xiàn)功率和電壓的解耦［1］。隨著風(fēng)電并網(wǎng)容量占比的升高，電力系統(tǒng)的電力電子化程度愈發(fā)明顯，由風(fēng)機(jī)換流器控制環(huán)節(jié)引發(fā)的系統(tǒng)振蕩失穩(wěn)問題給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的隱患［2-5］。弱電網(wǎng)下永磁直驅(qū)風(fēng)電場的并網(wǎng)穩(wěn)定性問題主要受網(wǎng)側(cè)換流器（GSC）動(dòng)態(tài)的影響［6-7］，永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)（PMSG）換流器控制系統(tǒng)主要采用基于dq坐標(biāo)系的電流矢量控制策略，通過三相同步鎖相環(huán)（PLL）定位dq坐標(biāo)系與電網(wǎng)xy公共坐標(biāo)系下的相角，從而保證風(fēng)機(jī)系統(tǒng)與外部電網(wǎng)同步運(yùn)行［8-10］。

文獻(xiàn)［11］研究了電流時(shí)間尺度下由PLL 與網(wǎng)側(cè)換流器電流環(huán)的交互作用所引發(fā)的弱電網(wǎng)下PMSG系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性問題。文獻(xiàn)［12-13］研究結(jié)果表明，在直流電壓時(shí)間尺度下PMSG 小擾動(dòng)穩(wěn)定性主要由直流電壓動(dòng)態(tài)所對(duì)應(yīng)的二階線性系統(tǒng)主導(dǎo)。然而，以往研究表明PLL 的帶寬可以在較寬的頻帶范圍內(nèi)變化。弱電網(wǎng)下，當(dāng)PLL 帶寬與PMSG 網(wǎng)側(cè)換流器的直流電壓環(huán)帶寬相接近時(shí)，二者強(qiáng)交互作用將引發(fā)直流電壓環(huán)對(duì)應(yīng)模式的阻尼進(jìn)一步惡化甚至引發(fā)小擾動(dòng)失穩(wěn)［14-16］。文獻(xiàn)［14］通過建立PMSG 的狀態(tài)空間模型，利用特征值法研究線路電抗和有功功率變化對(duì)直流電壓動(dòng)態(tài)主導(dǎo)的PMSG 次同步振蕩的影響，算例結(jié)果顯示當(dāng)線路電抗或風(fēng)機(jī)有功出力增大時(shí)，系統(tǒng)參數(shù)安全域面積越窄，系統(tǒng)阻尼越差。……