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風(fēng)力發(fā)電是我國應(yīng)用規(guī)模最大的新能源發(fā)電方式，目前我國風(fēng)電總裝機容量居于世界第一位。隨著新能源并網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大以及風(fēng)火打捆輸電方式的逐步實施，并網(wǎng)風(fēng)電機組與同步發(fā)電機組之間的相互作用越來越明顯，風(fēng)電場對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響也越來越顯著。

近年來，風(fēng)電場并網(wǎng)引起的次同步振蕩事故多發(fā)，嚴(yán)重影響了事故相關(guān)區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，引起了國內(nèi)外電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

含大規(guī)模風(fēng)電電網(wǎng)的運行經(jīng)驗表明，風(fēng)電的隨機性、波動性及間歇性可能會引起電網(wǎng)各子系統(tǒng)間交換功率的快速變化，引入新的振蕩模式，相應(yīng)的機電耦合作用可能會進(jìn)一步誘發(fā)同步機組軸系次同步扭振現(xiàn)象，因此探究風(fēng)電場并網(wǎng)對同步機軸系穩(wěn)定性的影響具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。

風(fēng)電場并網(wǎng)對同步機軸系次同步振蕩穩(wěn)定性的影響主要包括穩(wěn)態(tài)潮流影響和動態(tài)交互作用影響兩方面。首先，對于穩(wěn)態(tài)潮流影響，在研究中通常將風(fēng)電場等效為恒功率源進(jìn)行研究，通過不同滲透率下同步機出力變化及交流系統(tǒng)潮流變化來分析軸系次同步振蕩穩(wěn)定性變化。

另外，對于風(fēng)電機組與同步機組之間的動態(tài)交互作用影響，在研究中需充分考慮風(fēng)電機的動態(tài)特性、換流器控制環(huán)節(jié)采取的控制方式及采用的控制參數(shù)對同步機軸系次同步振蕩穩(wěn)定性的影響。

雙饋風(fēng)力發(fā)電機（Doubly-Fed Induction Generators, DFIG）是目前市場主流機型之一，該機型能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制，其轉(zhuǎn)子回路通過變流器與外部電網(wǎng)相連，變流器中有許多復(fù)雜控制環(huán)節(jié)；定子回路則直接與外部電網(wǎng)相連，與外部電網(wǎng)有直接的耦合作用。因此，DFIG比直驅(qū)永磁同步機（Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG）等其他類型的風(fēng)電機組更容易與同步機軸系之間產(chǎn)生動態(tài)交互作用，引發(fā)電力系統(tǒng)次同步振蕩事故。

目前，次同步振蕩問題的研究方法主要包括頻域分析法和模式分析法兩大類。復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法作為頻域分析法的一種，不僅能夠避免模式分析中常見的“維數(shù)災(zāi)”問題，而且能夠給出任一待研究頻段上系統(tǒng)的阻尼特性，具備明確的物理意義，尤其適合研究軸系扭振及新能源并網(wǎng)引發(fā)的次同步振蕩，近年來在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)次同步振蕩分析領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

然而，傳統(tǒng)的復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法只能用于分析系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，無法研究并網(wǎng)風(fēng)電機組和同步機組之間的動態(tài)交互作用，存在一定的應(yīng)用局限性。同時，由于復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法最初提出時僅從物理意義出發(fā)，缺乏嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，近年來有一些文獻(xiàn)對其準(zhǔn)確性進(jìn)行了深入探究，表明該方法在某些特定場景下存在一定局限性。

新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室(華北電力大學(xué)) 、四川大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員對復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法的穩(wěn)定判據(jù)進(jìn)行了改進(jìn)和推廣，將其擴(kuò)展到含并網(wǎng)風(fēng)電場的多輸入多輸出閉環(huán)互聯(lián)模型的分析中，研究了DFIG風(fēng)電場接入對同步機軸系穩(wěn)定性的影響，并從阻尼弱化的角度分析了風(fēng)機并網(wǎng)引發(fā)的近似強模式耦合現(xiàn)象。

研究人員所提出的分析方法與常用的模式分析法相比，不僅降低了計算量，并且分別考慮了風(fēng)電場并網(wǎng)后系統(tǒng)潮流變化及動態(tài)交互作用對軸系穩(wěn)定性的影響，能夠從物理角度解釋風(fēng)機與同步機軸系之間的動態(tài)交互作用。

他們的主要研究結(jié)論有：

1）基于特征值靈敏度理論，給出了并網(wǎng)風(fēng)電場與同步機組軸系之間的動態(tài)交互作用計算指標(biāo)，提出了一種用于分析并網(wǎng)風(fēng)電場引發(fā)多機電力系統(tǒng)軸系次同步振蕩的改進(jìn)復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法。所提方法在計算量上較復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法略有增加，在計算精度上較復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法有顯著的提升。該方法能夠有效地判斷風(fēng)電場并網(wǎng)后同步機軸系振蕩模式穩(wěn)定性，且能分別反映穩(wěn)態(tài)潮流變化和動態(tài)交互作用兩方面的影響，解決了傳統(tǒng)方法存在的局限性和準(zhǔn)確性兩方面問題。

2）從根軌跡、參與因子、參數(shù)靈敏度及阻尼轉(zhuǎn)矩多個角度研究了DFIG風(fēng)電場振蕩模式與同步機軸系振蕩模式之間的近似強模式耦合現(xiàn)象，明確了其物理意義。

3）分析了風(fēng)機換流器控制環(huán)節(jié)參數(shù)、輸電系統(tǒng)負(fù)荷大小及風(fēng)火發(fā)電機之間動態(tài)交互作用對同步機軸系與風(fēng)機控制環(huán)節(jié)之間近似強模式耦合現(xiàn)象的影響，指出風(fēng)機VSC參數(shù)的不合理、過大的線路負(fù)荷及動態(tài)交互作用均可能引發(fā)同步機軸系次同步振蕩。

本文編自2020年第15期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“基于改進(jìn)復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法的風(fēng)電場并網(wǎng)引發(fā)電力系統(tǒng)次同步振蕩研究”，作者為王一珺、杜文娟、陳晨、王海風(fēng)。