2型風(fēng)力發(fā)電機(jī)次同步諧振阻尼的模型分析

婁崢++王宏民

摘 要：簡(jiǎn)要闡述了2型WTs在連接一系列串聯(lián)補(bǔ)償輸電線路中可能會(huì)發(fā)生次同步諧振的情況，進(jìn)而通過(guò)合適的控制抑制這種情況。

關(guān)鍵詞：次同步諧振；2型風(fēng)力發(fā)電機(jī)；動(dòng)態(tài)模型；風(fēng)力發(fā)電

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.082

對(duì)許多國(guó)家而言，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為重要的電力資源之一。2型WTs（基于繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)（WRIG））是用簡(jiǎn)單的直流斬波器控制轉(zhuǎn)子外接電阻來(lái)減小扭轉(zhuǎn)SSR的現(xiàn)象。該現(xiàn)象是常規(guī)同步發(fā)電機(jī)和串聯(lián)補(bǔ)償輸電線路相互作用的結(jié)果。

1 次同步諧振

SSR現(xiàn)象相當(dāng)于電網(wǎng)和在電網(wǎng)同步頻率下汽輪發(fā)電機(jī)組軸系間的振蕩。最常見(jiàn)的情況發(fā)生在串聯(lián)補(bǔ)償輸電線路，這是電容器電容與傳輸線中固有諧振頻率電感相互作用的結(jié)果。

根據(jù)交互系統(tǒng)，通常可將SSR現(xiàn)象分為2個(gè)不同的類別，即異步發(fā)電機(jī)效應(yīng)（IGE）和機(jī)電扭振互作用（TI）。

2 系統(tǒng)建模

2型WT系統(tǒng)是由風(fēng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、WRIG、電源轉(zhuǎn)換器和連接在發(fā)電機(jī)的輸出端的并聯(lián)電容器組成。WPP是利用收集雙質(zhì)量傳動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的2型WTs的N組數(shù)建模。

2.1 串聯(lián)補(bǔ)償傳輸線路模型

該模型中，頻率ωs是由同步旋轉(zhuǎn)的d-q參考坐標(biāo)系得到的，即：

式（1）中：ωel為電頻率的值；ωb為基準(zhǔn)頻率的值。

串聯(lián)補(bǔ)償傳輸線路模型為：

式（2）（3）（4）（5）中：Rl為線路等效電阻；id為d-q坐標(biāo)系下d軸電流；Ll為傳輸線L1、L2和L3的耦合電感的總和；iq為d-q坐標(biāo)系下q軸電流。

2.2 2型WT模型

2型結(jié)構(gòu)主要包含通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)連接到WRIG的WT。WRIG外接電阻Rdc通過(guò)電源轉(zhuǎn)換器連接到轉(zhuǎn)子繞組，包括三相整流橋和直流斬波電路。直流斬波占空比d可在小范圍內(nèi)向WT提供一定的調(diào)節(jié)功能。

2.2.1 機(jī)械傳功系統(tǒng)

WT的傳動(dòng)系統(tǒng)是把氣動(dòng)力矩輸送到葉片發(fā)電機(jī)軸上。它包括渦輪機(jī)、低速軸、變速箱、高速軸和WRIG的轉(zhuǎn)子。本文運(yùn)用了機(jī)械系統(tǒng)的雙質(zhì)量模型。這種模型可表示為：

2.2.2 繞線式異步電機(jī)

WRIG是在瞬時(shí)阻抗下的等效電壓源下建模的。式（9）（10）（11）（12）給出了d-q參考坐標(biāo)系下的狀態(tài)空間模型，即：

2.2.3 并聯(lián)電容器

WRIGs需要無(wú)功功率，以保持它的勵(lì)磁。出于這個(gè)原因，通常在WRIG終端安裝并聯(lián)電容器。d-q坐標(biāo)系的狀態(tài)方程如下：

式（13）（14）中：Csh為電容。

2.2.4 整體系統(tǒng)模型

由式（2）（3）（4）（5）可以得到整體狀態(tài)空間模型描述的電力系統(tǒng)。利用構(gòu)成系統(tǒng)得到一組13階非線性微分方程，即：

選擇isd作為控制SSR阻尼的狀態(tài)變量，因此，輸出方程變?yōu)椋?/p>

矩陣 的特征值是提供諧振模式的標(biāo)識(shí)。該系統(tǒng)的小信號(hào)模型是通過(guò)定義矩陣 ， 和 得到的。

3 結(jié)論

隨著風(fēng)力發(fā)電的日益普及，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，風(fēng)電廠將參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)事件，并提出類似傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的要求。配有電壓源變換器的WT能夠抑制電力系統(tǒng)振蕩。本文表明，適當(dāng)控制外部轉(zhuǎn)子電阻值，2型WTs也能夠以一種有效的方式阻尼SSR振蕩。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕