風機(jī)串聯電(diàn)容器(qì)補償引起次同步振蕩仿真場景介紹-新聞資訊-上(shàng)海貝銳信息科技(jì)股份有限公司

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風機(jī)串聯電(diàn)容器(qì)補償引起次同步振蕩仿真場景介紹

應用背景

随著(zhe)電(diàn)力電(diàn)子技(jì)術(shù)發展和可再生(shēng)能(néng)源綜合利用技(jì)術(shù)不斷發展，相(xiàng)應政策支持和推動風力發電(diàn)産業(yè)的高(gāo)速發展。串聯補償電(diàn)容技(jì)術(shù)可減少線路(lù)損耗，提高(gāo)線路(lù)傳輸容量，并增強系統穩定性，是一(yī)種實現遠(yuǎn)距離輸電(diàn)成熟而經濟的技(jì)術(shù)，也是目前實現大規模風電(diàn)場功率外送的主要措施。

然而機(jī)遇與挑戰往往是并存的，風電(diàn)機(jī)組經固定串補連接到(dào)電(diàn)網時也面臨著(zhe)發生(shēng)次同步振蕩的威脅。2009年(nián)10月(yuè)美國(guó)德州一(yī)處風場發生(shēng)了串補電(diàn)容引起的次同步振蕩事(shì)故；2012年(nián)底我國(guó)華北(běi)地區某處風場也發生(shēng)了多(duō)起串補引發的次同步振蕩事(shì)故。由此，關于風力發電(diàn)系統次同步振蕩的問題也越來越受到(dào)國(guó)内外相(xiàng)關科研人員(yuán)的重視，但由于對其産生(shēng)機(jī)理、分析方法和抑制措施等方面的研究仍處于起步階段，還(hái)需要做大量的仿真實驗來提供有力驗證和理論基礎。

解決方案

先進的數字模型仿真技(jì)術(shù)逐漸成為(wèi)電(diàn)力電(diàn)子及電(diàn)力系統相(xiàng)關領域的重要研究手段。數字仿真機(jī)的使用可以有效的縮短開(kāi)發周期、降低(dī)測試成本，并且模拟實際情況下(xià)難以實現的測試環境。為(wèi)了有效的規避風機(jī)串聯電(diàn)容器(qì)補償引起次同步振蕩，上(shàng)海科梁提出一(yī)套針對風機(jī)串補次同步振蕩研究的微電(diàn)網半實物(wù)仿真平台。在RT-LAB的環境中搭建雙饋風力發電(diàn)機(jī)經串補線路(lù)接入無窮大系統的模型，結合PC多(duō)核分布式并行運算(suàn)技(jì)術(shù)和FPGA高(gāo)速數字信号處理技(jì)術(shù)，減少了計算(suàn)耗時，提高(gāo)了仿真精度。該模型基于應用層開(kāi)發工(gōng)具箱RT-EVENTS、RTE-Drive和模型實時解算(suàn)器(qì)ARTEMIS，采用SSN解算(suàn)方案解決了系統實時仿真所遇到(dào)的密集系統仿真解耦問題，可應用于智能(néng)變電(diàn)站(zhàn)、微電(diàn)網等節點密集性的仿真系統，并可廣泛應用于分析集群風電(diàn)場或大電(diàn)網中次同步振蕩産生(shēng)的原因及驗證風電(diàn)場經串聯電(diàn)容器(qì)補償引起次同步振蕩問題。

應用場景及仿真分析

項目要求：在單機(jī)無窮大系統-風電(diàn)場經串聯補償引發次同步振蕩仿真模型

模型中仿真時間為(wèi)10s，仿真步長(cháng)為(wèi)50μs，風速為(wèi)11m/s,無功初始值設置為(wèi)0pu，單機(jī)無窮大系統中未接入串聯電(diàn)容器(qì)補償時，系統仿真結果如下(xià)圖2、3所示：

圖2 風機(jī)定子和轉子三相(xiàng)電(diàn)壓仿真結果

圖3 風機(jī)角速度、有功、無功、直流電(diàn)壓仿真結果

從(cóng)仿真波形中可以看(kàn)出，模型中沒有串聯電(diàn)容器(qì)補償時，系統在3s之後就(jiù)已經進入穩定運行狀态，采集到(dào)的定子側和轉子側的電(diàn)壓、風機(jī)的有功、無功、角速度、直流電(diàn)壓值均達到(dào)預期效果；

在單機(jī)無窮大系統投入電(diàn)容器(qì)補償的仿真模型中，設置4s後接入串聯電(diàn)容為(wèi)補償，6s串聯補償切除，補償容量為(wèi)6e-4F，并對仿真結果進行對比分析。

單機(jī)無窮大系統中接入串聯電(diàn)容器(qì)補償時，系統仿真結果如下(xià)圖4、5所示：

圖4 串聯電(diàn)容器(qì)補償後風機(jī)定子、轉子三相(xiàng)電(diàn)壓仿真結果

圖5 串聯電(diàn)容器(qì)補償後風機(jī)角速度、有功、無功、直流電(diàn)壓仿真結果

從(cóng)仿真結果中可以看(kàn)出，當系統在4-6S采用串聯電(diàn)容器(qì)進行無功補償時，系統中定子側的電(diàn)壓幅值、轉子側的電(diàn)壓幅值沒有發生(shēng)變化，但是存在諧波現象；風機(jī)側輸出的有功、無功、角速度、直流電(diàn)壓值發生(shēng)了變化，主要表現為(wèi)幅值增加，頻率由原來的50Hz變為(wèi)40Hz左右；産生(shēng)這種現象的主要原因為(wèi)，風電(diàn)經固定串補線路(lù)送出時，風力發電(diàn)機(jī)組由于轉子側變流器(qì)與固定串補之間相(xiàng)互作用，而引起了系統次同步振蕩。

經過多(duō)次仿真實驗，發現在相(xiàng)同的條件(jiàn)下(xià)，串聯補償容量越高(gāo)，造成次同步振蕩的可能(néng)性越大。