【摘 要】
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风力发电作为新能源发电的重要部分,是各国的能源发展重点。由于我国风力资源与负荷中心呈逆向分布,风火联合外送是保证风电送出系统稳定性和高效性的有效方式。然而,近年来工程事故和相关研究表明,风电接入传统电力系统后,系统振荡条件发生变化。现有振荡分析方法中,阻抗分析法因其拓展性较好,更适用于多源系统分析,但是目前针对汽轮发电机的阻抗建模研究存在不足,仅采用阻感电路对汽轮发电机进行等效可能会影响振荡分析结
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风力发电作为新能源发电的重要部分,是各国的能源发展重点。由于我国风力资源与负荷中心呈逆向分布,风火联合外送是保证风电送出系统稳定性和高效性的有效方式。然而,近年来工程事故和相关研究表明,风电接入传统电力系统后,系统振荡条件发生变化。现有振荡分析方法中,阻抗分析法因其拓展性较好,更适用于多源系统分析,但是目前针对汽轮发电机的阻抗建模研究存在不足,仅采用阻感电路对汽轮发电机进行等效可能会影响振荡分析结果。因此,本文从单一机型出发,分别建立汽轮发电机和直驱风场的阻抗模型,再由单源系统扩展为多源系统,开展了风电基地外送系统的次/超同步振荡特性研究,具体研究工作如下。（1）建立了考虑轴系扭振特性的汽轮发电机序阻抗模型。首先建立了状态空间方程,采用时频变换和矩阵变换推导了包含轴系特征和汽轮机系统的汽轮发电机序阻抗模型,然后通过仿真对所建模型进行验证,最后基于所建立的阻抗模型研究了汽轮发电机轴系参数和电路参数对其阻抗特性的影响。研究结果表明:所建模型能准确表征轴系动态特性;轴系参数对阻抗谐振点位置和谐振峰有明显影响,电路参数则主要影响阻抗幅值和相位大小。（2）建立了考虑频率耦合效应和直流母线动态特征的直驱风场导纳模型。首先分别建立了机侧变流器和网侧变流器的导纳模型,然后分析了扰动电压激励和扰动电流响应之间传递关系,推导了完整的直驱风机导纳模型,最后采用单机等值法将直驱风机导纳模型拓展为直驱风场导纳模型,并通过仿真测量结果对所建模型进行验证。研究结果表明:所建模型能准确表征风场动态特性。（3）搭建了包含汽轮发电机和直驱风场的风电基地外送系统,分析了系统次/超同步振荡的影响因素。首先基于阻抗分析法研究了汽轮发电机独立运行时系统稳定性,确定了阻抗模型对振荡分析的适用性,然后建立了风电基地阻抗模型和网侧阻抗模型,分析了风场对风电基地阻抗特性的影响,最后研究了线路串补度、风场风速、风机台数以及汽轮发电机输出有功功率对系统次/超同步振荡的影响,并通过时域仿真结果进行验证。研究结果表明:风场接入会加剧汽轮发电机与串补的交互作用;串补度变化将导致系统电气谐振点变化,当电气谐振点进入临界稳定区间时,系统存在振荡风险;风机台数增加会加剧系统振荡风险,汽轮发电机输出有功功率增大会扩大系统临界稳定区间,还会加剧系统次/超同步振荡。
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