電網(wǎng)故障下含直驅(qū)風(fēng)電機組的電力系統(tǒng)頻率動態(tài)響應(yīng)分析

歐陽金鑫，余建峰，張澳歸，皇甫百香，姚 駿

（重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院，重慶市 400044）

0 引言

為應(yīng)對能源危機，新能源滲透率不斷提高。大規(guī)模新能源并網(wǎng)降低了電力系統(tǒng)的慣量水平，系統(tǒng)抗擾能力持續(xù)下降［1-2］。直驅(qū)風(fēng)電機組（direct-drive wind turbine，DDWT）是風(fēng)力發(fā)電的主流機型之一，具有可控性高、運行效率高、維護成本低等優(yōu)點［3-4］。DDWT 具有不同于同步機的運行原理和控制特性，特別是DDWT 具有快速可控的功率響應(yīng)，使得電網(wǎng)故障下的系統(tǒng)動態(tài)特性變得十分復(fù)雜。電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，機端電壓跌落使DDWT 輸出有功功率變化，可能導(dǎo)致系統(tǒng)功率不平衡。故障切除使負(fù)荷或電源退出，電壓恢復(fù)和控制策略調(diào)整使得DDWT 功率變化，加劇了系統(tǒng)功率不平衡，可能引起電力系統(tǒng)暫態(tài)頻率失穩(wěn)。隨著DDWT 的大量應(yīng)用，風(fēng)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)［5］。

DDWT 可利用轉(zhuǎn)子存儲的旋轉(zhuǎn)動能和直流電容存儲的電能來參與電力系統(tǒng)頻率控制。電力系統(tǒng)發(fā)生功率擾動后，頻率變化軌跡或最大頻率偏差等特征量的量化可為DDWT 及其并網(wǎng)系統(tǒng)的頻率控制提供依據(jù)。現(xiàn)有電力系統(tǒng)頻率特性分析主要包括時 域 仿 真 法［6-7］、模 型 解 析 法［8-9］和 人 工 智 能 方法［10-11］。時域仿真法通過建立詳細的設(shè)備全狀態(tài)動態(tài)模型，采用數(shù)值求解微分代數(shù)方程組，分析系統(tǒng)務(wù)節(jié)點頻率的時空分布特性。時域仿真法具有建模精確、結(jié)果直觀的特點，但新能源與電力電子設(shè)備占比的提高加劇了建模難度，模型求解速度與精度常常難以兼顧。……