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直驱风机风电场接入交流电网系统
发表时间：2018-11-07 10:07 | 点击率：
风机，它们连 接于同一条母线上，且控制参数及运行状态一致。 风机发出的风电通过箱式变压器(0.62kV/35kV)升 压后汇集到汇流站母线，然后经 35kV 线路输送至 500kV 变电站，风机经升压变压器(35kV/500kV)升压后 接入交流主网。假设风电场汇集母线处安装有无功 补偿设备 SVG。系统连接电抗采用线路电抗 (rL1+jxL1/rL2+jxL2)表示。此外，在风电场附近可能有 汽轮发电机组，形成风火打捆外送系统。 直驱风机(direct drive permanent magnet synchronous generator，D-PMSG)原理图，它 由风力机、永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator，PMSG)、机侧变换器 (machine-side converter，MSC)及其控制系统、网侧 变换器(grid-side converter，GSC)及其控制系统，及滤波电路等组成。直驱风机的 MSC 和 GSC 均采用 dq 解耦控制，其中，MSC 的控制目标是实现最大功率跟 踪，GSC 的控制目标是实现直流母线电压的稳定， 同时调节并网有功/无功功率。
直驱风机模型及其控制参数是 由新疆地区的风机供应商提供的，该模型将直驱永 磁风力发电系统的风力机、永磁同步发电机和机侧 变流器及其控制系统简化建模为受控电流源模型， 通过调节电流模拟风机输出功率的变化。 通过改变并网风机台数、出力以及连接电抗的 大小，观察系统是否会出现次同步振荡现象。结果 表明，在一定条件下确实会出现持续的次同步功率 振荡。这里给出一种典型仿真条件，即 700 台风机 并网运行，出力水平为 4%左右，在 3.5s 时刻，将 系统连接电抗从 0.5pu 提高到 0.77pu (模拟电网强 度变弱。其中，基准电压为 35kV，基准功率为 1300MW)，总仿真时间为 20s。图 3 给出了一台直 驱风机的 A 相电流、有功功率及其直流电压 PI 控 制器输出信号的动态曲线，其局部放大见图 4。可 见，连接电抗增加后，风机的 A 相电流、有功功率 和控制器输出信号均迅速振荡发散，且当控制进入 时间/s 控制量 i2dref 0 4 8 12 16 20 0.5 −0.5 0.0 −0.2 0.0 −0.1 0.10 0.05 0.00 有功 功率/MW A 相 电流/kA 图3 直驱风机动态(a-A相电流，b-有功功率，c-控制量i2dref) Fig. 3 Output of D-PMSG (subplot a- A-phase current, subplot b-active power, subplot c-control signal) 时间/s 控制量 i2dref 10.0 10.2 10.4 10.6 10.8 11.0 0.2 −0.2 0.0 −0.2 0.0 −0.1 0.10 0.05 0.00 限幅 有功 功率/MW A 相 电流/kA 图 4 局部放大图 Fig. 4 Partial enlarged drawing of Fig. 3 限幅区后，电流和有功功率出现持续的等幅振荡。 此时，电流波形畸变严重，有功功率中包含幅值很 大的次同步频率分量，即发生了次同步振荡。
直驱风机模型及其控制参数是 由新疆地区的风机供应商提供的，该模型将直驱永 磁风力发电系统的风力机、永磁同步发电机和机侧 变流器及其控制系统简化建模为受控电流源模型， 通过调节电流模拟风机输出功率的变化。 通过改变并网风机台数、出力以及连接电抗的 大小，观察系统是否会出现次同步振荡现象。结果 表明，在一定条件下确实会出现持续的次同步功率 振荡。这里给出一种典型仿真条件，即 700 台风机 并网运行，出力水平为 4%左右，在 3.5s 时刻，将 系统连接电抗从 0.5pu 提高到 0.77pu (模拟电网强 度变弱。其中，基准电压为 35kV，基准功率为 1300MW)，总仿真时间为 20s。图 3 给出了一台直 驱风机的 A 相电流、有功功率及其直流电压 PI 控 制器输出信号的动态曲线，其局部放大见图 4。可 见，连接电抗增加后，风机的 A 相电流、有功功率 和控制器输出信号均迅速振荡发散，且当控制进入 时间/s 控制量 i2dref 0 4 8 12 16 20 0.5 −0.5 0.0 −0.2 0.0 −0.1 0.10 0.05 0.00 有功 功率/MW A 相 电流/kA 图3 直驱风机动态(a-A相电流，b-有功功率，c-控制量i2dref) Fig. 3 Output of D-PMSG (subplot a- A-phase current, subplot b-active power, subplot c-control signal) 时间/s 控制量 i2dref 10.0 10.2 10.4 10.6 10.8 11.0 0.2 −0.2 0.0 −0.2 0.0 −0.1 0.10 0.05 0.00 限幅 有功 功率/MW A 相 电流/kA 图 4 局部放大图 Fig. 4 Partial enlarged drawing of Fig. 3 限幅区后，电流和有功功率出现持续的等幅振荡。 此时，电流波形畸变严重，有功功率中包含幅值很 大的次同步频率分量，即发生了次同步振荡。
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