FACTS控制器對(duì)含雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響講課講稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。FACTS控制器對(duì)含雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響-FACTS控制器對(duì)含雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響N.SenthilKumar*,J.GokulakrishnanHYPERLINK/translate_c?depth=1&hl=zh-CN&prev=/search%3Fq%3DB.S.%2BAbdur%26newwindow%3D1%26safe%3Dstrict%26biw%3D1366%26bih%3D582&rurl=.hk&sl=en&u=http:/bsauniv.ac.i

2、n/&usg=ALkJrhjqX5KnSA724Cg-o6vaL3pAbCfUcgB.S阿卜杜勒拉赫曼大學(xué)電氣與電子工程系（印度）摘要：不斷增長(zhǎng)的電力需求促使了新技術(shù)的進(jìn)步，這些技術(shù)將對(duì)未來(lái)能源市場(chǎng)的大局產(chǎn)生重大影響。從環(huán)境約束的角度來(lái)看，并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性上很有前景。本文研究了FACTS控制器對(duì)含風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。本文的風(fēng)力機(jī)采用變速雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型。對(duì)穩(wěn)定性的評(píng)估最初是通過(guò)對(duì)比三相短路情況下不采用FACT控制器的電網(wǎng)和采用控制器的電網(wǎng)來(lái)進(jìn)行的。本文通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真得到如下信息：（1）短路對(duì)感應(yīng)發(fā)電機(jī)/風(fēng)輪運(yùn)行情況的影響（2）FACTS控制器的暫態(tài)額定值對(duì)提高

3、感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定和同步發(fā)電機(jī)功角穩(wěn)定性的影響。本文采用EUROSTAG來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。關(guān)鍵詞：風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)柔性交流輸電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子角穩(wěn)定性轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性1.引言隨著電網(wǎng)之間的互聯(lián)，人們發(fā)現(xiàn)各區(qū)域的的發(fā)電系統(tǒng)很容易產(chǎn)生電磁振蕩。世界上很多地區(qū)的電網(wǎng)已經(jīng)監(jiān)測(cè)到了這些振蕩。電能傳輸總量的增長(zhǎng)只依靠現(xiàn)有的越來(lái)越脆弱的電網(wǎng)互聯(lián)，負(fù)荷的特性也同時(shí)加重了產(chǎn)生同振蕩的問(wèn)題。這些振蕩可能僅發(fā)生在單個(gè)發(fā)電機(jī)或者電站（本地振蕩，1.0-2Hz）?；蛘郀窟B到不同區(qū)域的很多發(fā)電機(jī)（區(qū)域間模式振蕩0.2-0.8Hz）。如果控制不當(dāng)，這些振蕩可能導(dǎo)致整體或部分的電力中斷1。風(fēng)能的發(fā)展對(duì)消費(fèi)者和環(huán)境都是友好的，它

4、的建設(shè)時(shí)間更短，成本更有競(jìng)爭(zhēng)力。風(fēng)能成為了最有競(jìng)爭(zhēng)力的可再生能源。然而，風(fēng)電也有它的不足。大多數(shù)的風(fēng)電機(jī)是感應(yīng)發(fā)電機(jī)。感應(yīng)發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行狀況下會(huì)吸收無(wú)功功率。這可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓降低和動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定2?，F(xiàn)在有兩種發(fā)電機(jī)被廣泛應(yīng)用：鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)和雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)。目前，人們采用雙饋式異步感應(yīng)機(jī)來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，因?yàn)樗鄬?duì)于定速異步機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)：（i）更先進(jìn)的能量捕獲（ii）更好的電能質(zhì)量（iii）更小的機(jī)械應(yīng)力。對(duì)通過(guò)單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性研究是通過(guò)建立一個(gè)不同負(fù)載條件下的線性化電力系統(tǒng)模型3。文獻(xiàn)4北歐電力系統(tǒng)中不同短時(shí)故障下的風(fēng)輪的作用。文獻(xiàn)5提出了恒速感應(yīng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的新的定義。這篇文

5、章測(cè)試了并網(wǎng)型雙饋式異步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。文獻(xiàn)6研究了的高風(fēng)電穿透功率的電力系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定性的影響。風(fēng)能功率的振蕩作用通過(guò)逐步取代系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)的功率產(chǎn)生的恒速或變速渦輪機(jī)的功率的研究。文獻(xiàn)7提出了一種針對(duì)于所有四種工作模式下轉(zhuǎn)子側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器的有效的降階雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型。本文采用參考文獻(xiàn)7中建立的轉(zhuǎn)子側(cè)電流控制器模型來(lái)控制DIFG。文獻(xiàn)8討論了風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中基于傳輸控制器的電壓源變流器的應(yīng)用。文獻(xiàn)9討論了應(yīng)用含蓄電池儲(chǔ)能裝置的STATCOM來(lái)平滑含定速風(fēng)機(jī)的風(fēng)場(chǎng)的線功率。文獻(xiàn)10討論了應(yīng)用PSS/E進(jìn)行電壓穩(wěn)定性分析和采用SVC提高電壓穩(wěn)定性的大型海上風(fēng)電場(chǎng)的模型。文獻(xiàn)11研究了DFI

6、G的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和故障穿越特性。電網(wǎng)故障期間雙饋機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是通過(guò)DIgSILENT來(lái)仿真和評(píng)估。當(dāng)前的工作對(duì)象是研究FACTS控制器對(duì)含雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)接入的電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的影響。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的研究是用EUROSTAG軟件通過(guò)有無(wú)FACTS控制器的情況下進(jìn)行時(shí)域仿真來(lái)進(jìn)行。采用如下的FACTS控制器進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析：（1）靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）（2）靜止補(bǔ)償器（STATCOM）（3）晶閘管控制串聯(lián)電容器（TCSC）（4）統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）本文結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)建立了含F(xiàn)ACTS控制器的電力系統(tǒng)和風(fēng)力機(jī)模型；第3節(jié)介紹了系統(tǒng)發(fā)生三相瞬時(shí)故障下有無(wú)FACTS控制器的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果

7、；第4節(jié)介紹了實(shí)驗(yàn)結(jié)果并針對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行討論；第5節(jié)得出了結(jié)論。2.電力系統(tǒng)和風(fēng)力機(jī)的建模通常我們對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性飛分析是通過(guò)采用一系列的微分和代數(shù)方程對(duì)電力系統(tǒng)建模，這些方程是：其中，xRn是一個(gè)和發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)、負(fù)載以及其他控制器有關(guān)的狀態(tài)向量。yRm是一個(gè)和由小擾動(dòng)（多數(shù)負(fù)載電壓向量的幅值和相角）導(dǎo)致的穩(wěn)態(tài)下的波動(dòng)有關(guān)的代數(shù)向量。Rl是一系列的不可控參數(shù)，如負(fù)載的有功和無(wú)功功率的波動(dòng)。pRl是一系列的可控參數(shù)，如變壓器的參數(shù)、AVR設(shè)置和FACTS的參考電壓等。2.1風(fēng)輪機(jī)概念和建模通常來(lái)說(shuō)，風(fēng)輪機(jī)向旋轉(zhuǎn)軸提供機(jī)械轉(zhuǎn)矩，連在同一根軸上的發(fā)電機(jī)被控制發(fā)出電磁轉(zhuǎn)矩。風(fēng)輪機(jī)的能量和轉(zhuǎn)矩方程如下

8、：其中為空氣密度（1.22km/m）；A為葉片的掃風(fēng)面積（）。Cp代表風(fēng)輪效率的風(fēng)能利用系數(shù)（捕獲功率/風(fēng)功率）。V為風(fēng)速（m/s）；P為風(fēng)輪機(jī)的輸出功率；為風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)速；為葉尖速比Vt/V，即葉尖的速度Vt比風(fēng)接觸葉片之前的速度V（m/s）。為以度數(shù)為單位的槳距角。附錄中給出了建模系統(tǒng)的參數(shù)。風(fēng)輪機(jī)和有關(guān)的控制系統(tǒng)是通過(guò)使用EUROSTAG軟件建模的12（TractableEngineering，2004）。主要控制單元模型如圖1所示。主控制器管理所有的控制函數(shù)，槳距角和功率控制是其附屬單元。用來(lái)仿真的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含一臺(tái)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)（轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)變流器連到電網(wǎng)上）。變流器調(diào)整轉(zhuǎn)子提供的電

9、流的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行（如圖2所示）。2.2雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)的建模雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)是最常用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子側(cè)提供頻率和幅值變化的對(duì)稱三相電壓。其動(dòng)態(tài)方程組如下：其中，v為電壓（V），R為電阻（單位），i為電流（單位A）s為轉(zhuǎn)子的電角頻率（單位rad/s），磁鏈（Vs），s為轉(zhuǎn)子滑差率13。上面一系列的動(dòng)態(tài)方程中，d和q分別代表直軸和交軸部分。s和r分別代表定子和轉(zhuǎn)子量。d-q軸的參考坐標(biāo)系是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，q軸超前d軸90。方程7中的磁鏈可以用如下的方程組分解：方程組8中，Lm為互感，相應(yīng)的Ls和Lr分別為定子和轉(zhuǎn)子漏抗。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變引起的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械轉(zhuǎn)矩的不平衡可以用發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程

10、計(jì)算：其中H為慣性常量，Tm為電磁轉(zhuǎn)矩。Te為雙饋機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩：變流器用電流源代替，則當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)等于轉(zhuǎn)子電流。當(dāng)前的設(shè)定點(diǎn)來(lái)自有功和無(wú)功功率的設(shè)定點(diǎn)。有功功率的設(shè)定點(diǎn)由基于當(dāng)前轉(zhuǎn)速值的轉(zhuǎn)速控制器控制。無(wú)功功率的設(shè)定點(diǎn)由基于當(dāng)前終端電壓或者功率因數(shù)的終端電壓控制器或者功率因數(shù)控制器控制。2.3同步發(fā)電機(jī)用于動(dòng)態(tài)分析的同步發(fā)電機(jī)模型是含四個(gè)狀態(tài)變量的兩軸模型14：其中，狀態(tài)變量Ed是滯后于暫態(tài)電抗的電壓的直軸分量，Eq是滯后于暫態(tài)電抗的電壓的交軸分量。為轉(zhuǎn)子角速度，為轉(zhuǎn)子角度。2.4靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）SVC基本上是并聯(lián)連接的靜態(tài)無(wú)功發(fā)生器/吸收器，其輸出被調(diào)節(jié)交流電容或電感的電流，以維

11、持或控制特定的電源系統(tǒng)變量。通?？刂谱兞渴荢VC的母線電壓。安裝SVC的一個(gè)主要原因是改善動(dòng)態(tài)電壓控制，從而增加系統(tǒng)負(fù)載能力。在瞬時(shí)故障和干擾情況下，可以提供一個(gè)額外的穩(wěn)定信號(hào)，疊加在一個(gè)SVC電壓控制回路的輔助控制系統(tǒng)的振蕩的阻尼（如圖3）16。SVC的狀態(tài)方程可以寫(xiě)為：其中，Bsvc為SVC的電納，u為穩(wěn)態(tài)回路輸出。這里，Vref為1.0p.u，Vmeas為公共連接點(diǎn)電壓。2.5靜止同步補(bǔ)償器靜止同步補(bǔ)償器在某些方面類似于同步調(diào)相機(jī)，但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。STATCOM的基本電子模塊是電壓源變流器（VSC），就是把輸入的直流電壓變成可控幅值和相角的基本頻率輸出的交流電壓。是VSC交流電壓和它的

12、總線電壓的相角。Vref為設(shè)置的參考電壓15。動(dòng)態(tài)方程組包括電壓復(fù)制控制器、相角控制器和STATCOM能量守恒的微分方程。下面的微分方程（標(biāo)幺值）可以由圖4a和4b中的框圖寫(xiě)出:其中，Vx是交流電壓的測(cè)量輸出；Vdcx是直流電壓的測(cè)量輸出；控制單元的輸出相角；msh可以從KMac和TMac獲得，它們分別對(duì)應(yīng)交流電壓測(cè)量電路的的增益和時(shí)間常數(shù)。Vdcy是PI控制器的測(cè)量直流電壓。這里，k為STATCOMPWMVSC輸出電壓的比例常數(shù)。2.6晶閘管控制串聯(lián)電容器（TCSC）晶閘管控制串聯(lián)電容一般采用一個(gè)晶閘管控制的電抗器和電容器并聯(lián)來(lái)改變有效補(bǔ)償電抗。為了便于分析，如果不考慮實(shí)際應(yīng)用，TCSC可以

13、簡(jiǎn)單的認(rèn)為是一個(gè)連續(xù)可變的阻抗值在0和Xmax之間的電容器。TCSC的單線圖如圖5所示。TCSC的可變電抗模型如圖6所示。TCSC的電抗參考值Xref是基于需要的補(bǔ)償度來(lái)整定的。對(duì)于當(dāng)前的工作，我們選取Xref的阻抗值為線感性阻抗的一半。Xc是由TCSC模塊輸入的可變電抗。Xref是TCSC電抗要輸入的參考值；Xmeas是測(cè)量電抗；U為穩(wěn)態(tài)信號(hào)；T是控制器的時(shí)間常數(shù)；Xmax和Xmin是電抗的最大和最小值。2.7統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）是發(fā)展迅速的功能強(qiáng)大的柔性交流輸電控制器，它具有電壓調(diào)整、串聯(lián)補(bǔ)償和相角控制的功能。它由通過(guò)一般直流聯(lián)系的兩個(gè)電壓源變流器耦合。它的

14、單線圖如圖7所示。UPFC的有功功率和無(wú)功功率控制環(huán)如圖8和圖9所示。UPFC的穩(wěn)定信號(hào)來(lái)自功率振蕩阻尼模塊，它用有功潮流（Pflow）作為輸入信號(hào)。Pflow是UPFC連接的線路的有功潮流的參考值。這個(gè)值通過(guò)和UPFC相連線路的潮流計(jì)算得到。Vseq是正交成分的一系列注入電壓與線電流。Qref是UPFC連接線路的無(wú)功潮流的參考設(shè)置，Qflow是線路的實(shí)際無(wú)功潮流。Vsep是與交流電壓同相的線電流注入的組成部分。2.7.1FACTS控制器的參數(shù)調(diào)整由于FACTS的穩(wěn)定作用依靠于控制器的增益，它的參數(shù)設(shè)調(diào)整是一個(gè)重要的問(wèn)題。參數(shù)調(diào)整作為一個(gè)目標(biāo)是按照期望值最小化PCC節(jié)點(diǎn)電壓振蕩的問(wèn)題被提出，即

15、：其中，Vref=1.0p.u，PI是PCC電壓偏差的平方和。其中的優(yōu)化問(wèn)題通過(guò)MATLAB中的序列二次方程程序解決。3.動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果和穩(wěn)定性研究含風(fēng)電機(jī)接入的測(cè)試系統(tǒng)單線圖如圖10所示。這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)是包括接入2臺(tái)同步發(fā)電機(jī)G1和G2的6條總線的系統(tǒng)。這臺(tái)雙饋機(jī)（IG）通過(guò)一臺(tái)雙繞組變壓器接入電網(wǎng)。IG為感應(yīng)式發(fā)電機(jī)的終端節(jié)點(diǎn)。兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定功率分別為1100MW（G1）和5500MW（G2）。風(fēng)電場(chǎng)是由10臺(tái)2MW的風(fēng)機(jī)整合的模型表示。感應(yīng)發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)下注入5.5MW的功率。系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)全部的負(fù)載1500MW在線路4和5上。5和4是負(fù)載總線。在動(dòng)態(tài)仿真中線路5上的負(fù)載是電感和與電壓頻率

16、相關(guān)負(fù)載。動(dòng)態(tài)仿真由線路1-2的第二條線上發(fā)生三相短路進(jìn)行。系統(tǒng)在三相短路在五個(gè)周期恢復(fù)正常。并聯(lián)FACTS控制器（SVC和STATCOM）裝設(shè)在線路2附近。串聯(lián)FACTS控制器在線路2-3的其中一條上。3.1有無(wú)風(fēng)電場(chǎng)接入及FACTS控制器情況下同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角偏差圖11為沒(méi)有風(fēng)電場(chǎng)接入時(shí)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角響應(yīng)。從圖11可以看出故障后G1的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角有輕微的偏差，但是在故障清除后系統(tǒng)回到新的平衡角值。發(fā)電機(jī)G2給本地負(fù)載供電，距離暫態(tài)故障很遠(yuǎn)因此基本不受其影響。圖12為含風(fēng)電場(chǎng)接入的電網(wǎng)中同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角響應(yīng)。從圖12可以看出發(fā)電機(jī)G1的轉(zhuǎn)子角在不停的振蕩。這導(dǎo)致了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定（轉(zhuǎn)

17、子角的持續(xù)振蕩）。圖13和圖14為傳輸線上裝設(shè)有并聯(lián)和串聯(lián)控制器時(shí)的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角響應(yīng)。圖13和圖14對(duì)應(yīng)高負(fù)載即負(fù)載提高40%情況下的運(yùn)行狀況。通過(guò)給出的目標(biāo)函數(shù)方程來(lái)調(diào)整SVC/STATCOM控制器的來(lái)穩(wěn)定振蕩。從圖13可以看出轉(zhuǎn)子角的振蕩在4秒后電網(wǎng)投入STATCOM時(shí)開(kāi)始變小。振蕩在STATCOM投入2秒后停止。這可能是由于STATCOM（基于FACTS控制器的電壓源變流器）比SVC（不可控晶閘管開(kāi)關(guān)電抗器/電容器）有更快的響應(yīng)速度。從圖14可以看出含UPFC的電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角沒(méi)有發(fā)生振蕩。從圖15和圖16為系統(tǒng)負(fù)載為第三部分所示的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)有串聯(lián)和并聯(lián)控制器的電網(wǎng)中同步發(fā)電機(jī)的

18、轉(zhuǎn)子角響應(yīng)。通過(guò)優(yōu)化TCSC和UPFC控制器的參數(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的阻尼。從圖15可以看出在7s時(shí)轉(zhuǎn)子角振蕩停止而在有UPFC時(shí)5s振蕩5秒就可停止。這是UPFC在電網(wǎng)受到擾動(dòng)之后通過(guò)并聯(lián)橋向系統(tǒng)注入無(wú)功功率的原因。3.2雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差FACTS控制器的作用圖17a說(shuō)明了在擾動(dòng)之后FACTS控制器對(duì)雙饋機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。在動(dòng)態(tài)仿真中電網(wǎng)中沒(méi)有FACTS控制器感應(yīng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)增大到最大值。在故障清除之后風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有恢復(fù)到故障前的穩(wěn)態(tài)值（1.1p.u）。正如參考文獻(xiàn)6討論的一樣，故障后異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)引起了系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)的機(jī)轉(zhuǎn)子速度不穩(wěn)定。然而，隨著SVC額外的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率支持和提供穩(wěn)定的信

19、號(hào)可以抑制異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速振蕩。從圖17a-17d可以看出，含有UPFC控制器的電網(wǎng)沒(méi)有明顯的速度波動(dòng)。這是由于UPFC和潮流控制器相連的阻尼控制器的作用，當(dāng)然這和UPFC的并聯(lián)無(wú)功輸出有關(guān)。因此可以得出結(jié)論UPFC可以有效的減輕異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子角的振蕩。圖17（d）顯示了在發(fā)電機(jī)G1切出之后電網(wǎng)有無(wú)SVC情況下FACTS控制器對(duì)轉(zhuǎn)子角穩(wěn)定性的作用。與DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器相關(guān)的故障穿越功能在會(huì)引起感應(yīng)機(jī)轉(zhuǎn)速擾動(dòng)的發(fā)電機(jī)緊急停機(jī)情況下的作用很小。3.3雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有功注入FACTS控制器的作用圖18顯示了在電網(wǎng)線路3附近的一條線路發(fā)生三相短路時(shí)風(fēng)電機(jī)的有功注入。如果感應(yīng)

20、機(jī)端電壓低于0.75p.u持續(xù)0.08s，則和感應(yīng)發(fā)電機(jī)相連的轉(zhuǎn)子保護(hù)系統(tǒng)從電網(wǎng)切出，因此轉(zhuǎn)子側(cè)有功輸出將會(huì)變?yōu)?。注入的潮流的有功功率會(huì)從5.5MW的初始值變?yōu)?。等式2的功率計(jì)算是基于恒風(fēng)速的。然而實(shí)際上通過(guò)葉片的風(fēng)速的方向和程度是會(huì)輕微改變的?？紤]到這種效應(yīng)，風(fēng)速的輸入通過(guò)一個(gè)慣性環(huán)節(jié)連接到能量轉(zhuǎn)換方程。這回對(duì)1s時(shí)擾動(dòng)之前向電網(wǎng)輸出的有功功率造成輕微的改變。圖19為的作為向代數(shù)能量方程輸入的風(fēng)速模塊。圖20顯示了含SVC/TCSC的電網(wǎng)發(fā)生暫態(tài)故障后風(fēng)機(jī)注入電網(wǎng)的有功功率。從圖中可以看出，在發(fā)生故障之后注入的有功功率在穩(wěn)態(tài)時(shí)的注入值附近振蕩，風(fēng)機(jī)的輸出功率在有SVC時(shí)沒(méi)有變?yōu)?。這是由

21、于SVC/TCSC提供的的額外的動(dòng)態(tài)無(wú)功支持提高了DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的故障穿越能力。圖21為投入STATCOM/UPFC情況下系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)故障后風(fēng)電場(chǎng)注入的有功功率。從中可以看出由于STATCOM的快速暫態(tài)響應(yīng)，注入的有功功率可以在2s內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)?？梢钥闯鲈跀_動(dòng)之后感應(yīng)發(fā)電機(jī)端沒(méi)有明顯振蕩和功率波動(dòng)。這是由于UPFC的并聯(lián)和串聯(lián)變流器提供的的額外的無(wú)功支持提高了DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的故障穿越能力。3.4感應(yīng)發(fā)電機(jī)端電壓FACTS控制器的作用圖22為電網(wǎng)中無(wú)FACTS控制器情況下暫態(tài)故障后感應(yīng)發(fā)電機(jī)端電壓的響應(yīng)。如果定子端電壓低于0.75p.u持續(xù)超過(guò)0.08s和風(fēng)力機(jī)相連的低電壓保護(hù)系統(tǒng)將會(huì)

22、把定子側(cè)和電網(wǎng)切斷。圖23和圖24顯示了含SVC/TCSC和STATCOM/UPFC感應(yīng)發(fā)電機(jī)端電壓的響應(yīng)?？梢缘贸鼋Y(jié)論，DFIG的端電壓在0.1s后恢復(fù)到0.75p.u以上。對(duì)比圖22-圖24可以看出UPFC有效的提高了DIFG的故障穿越能力。3.5FACTS控制器的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償可以用多種方式組織。這基于：（1）使電壓恢復(fù)穩(wěn)定的無(wú)功需求（2）控制能力和設(shè)備（3）成本。當(dāng)補(bǔ)償成功的標(biāo)準(zhǔn)是使電壓恢復(fù)到之前定義的范圍內(nèi)，忽略不可控能力和電網(wǎng)的過(guò)電壓，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償可以是感性的或者容性的。只有風(fēng)力機(jī)沒(méi)有切除，與電網(wǎng)相連的感應(yīng)發(fā)電機(jī)就吸收無(wú)功功率，則動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償就應(yīng)該是容性的。FACTS

23、控制器的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償在控制感應(yīng)發(fā)電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)子速度振蕩中起到了至關(guān)重要的作用。圖25和圖26為并聯(lián)FACTS控制器提供的無(wú)功功率補(bǔ)償。比較這些數(shù)據(jù)，可以看出為了穩(wěn)定轉(zhuǎn)子角的振蕩，SVC的補(bǔ)償范圍從-60MVAr到50MVAr時(shí)間浮動(dòng)。用補(bǔ)償能力小的SVC會(huì)導(dǎo)致電壓不可控或者電壓振蕩阻尼失效。為了達(dá)到同樣的補(bǔ)償目標(biāo)STATCOM的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償容量只需要0.8MVAr。由此可以得出結(jié)論在穩(wěn)定感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角振蕩方面STATCOM比SVC成本低。圖27和圖28對(duì)比了擾動(dòng)后TCSC和UPFC的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。從圖27可以看出TCSC支路注入的無(wú)功在50300MVAr波動(dòng)。以看出在擾動(dòng)后UPFC串聯(lián)變流

24、器注入的無(wú)功在400MVAr和800MVAr之間波動(dòng)。這種高瞬時(shí)無(wú)功功率的需求會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)/并聯(lián)變流器成本的增加。4.結(jié)果和討論這次仿真研究中FACTS控制器增益和時(shí)間常數(shù)的調(diào)整是通過(guò)傳統(tǒng)的優(yōu)化程序，旨在最小化感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速的振蕩。通過(guò)這個(gè)結(jié)果我們得出結(jié)論在這些并聯(lián)FACTS控制器中STATCOM比SVC能提供更好的振蕩阻尼。而且動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償（暫態(tài)率）的需求STATCOM比SVC少。這是由于STATCOM是基于并聯(lián)控制器的電壓源變流器，而SVC是并聯(lián)連接的晶閘管開(kāi)關(guān)電抗器/電容器。在串聯(lián)FACTS控制器中，相對(duì)于TSCS，UPFC能更有效的對(duì)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角振蕩和感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速振蕩產(chǎn)

25、生阻尼作用。這是由于系統(tǒng)受到擾動(dòng)之后UPFC提供的并聯(lián)無(wú)功支持。然而UPFC的無(wú)功輸出率遠(yuǎn)比TCSC高。這表明在瞬時(shí)故障和擾動(dòng)之后容量合適的STATCOM可以在有無(wú)電容器的情況下用來(lái)穩(wěn)定雙饋式變速感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速振蕩。5.結(jié)論因?yàn)轱L(fēng)電穿透率增加了其在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題，風(fēng)輪機(jī)和風(fēng)電場(chǎng)模型的發(fā)展非常重要。針對(duì)目前的工作，我們采用了一個(gè)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的模型，也證明了風(fēng)電場(chǎng)存在持續(xù)擾動(dòng)。我們通過(guò)非線性仿真模型來(lái)對(duì)FACTS控制器進(jìn)行建模。通過(guò)獲得FACTS控制器的暫態(tài)率來(lái)穩(wěn)定基于風(fēng)能變換結(jié)構(gòu)的雙饋機(jī)的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)子角振蕩。本文研究了發(fā)電機(jī)切除后含DFIG的電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。從中可以看出DFIG在電網(wǎng)發(fā)生緊急故障時(shí)的低電壓穿越能力很差，SVC等FACTS裝置的使用可以提高它的高轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。致謝第一作者（N.SenthilKumar博士）非常感謝在研究期間不斷給予他支持