雙饋風(fēng)機的次同步振蕩特性與基于虛擬電阻的抑制策略研究

雙饋風(fēng)機的次同步振蕩特性與基于虛擬電阻的抑制策略研究雙饋風(fēng)機是一種常用的風(fēng)力發(fā)電機組，其優(yōu)點在于可以采用雙饋變流器，將轉(zhuǎn)子側(cè)的功率轉(zhuǎn)換為直流電源，再通過逆變器重構(gòu)電網(wǎng)電壓并注入電網(wǎng)，因此，雙饋風(fēng)機具有可調(diào)功率、等價輸出、穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)等優(yōu)點，同時，在短路故障下，雙饋風(fēng)機也具有良好的電壓調(diào)節(jié)性能。但是，雙饋風(fēng)機也存在著次同步振蕩問題，特別是在大容量風(fēng)力發(fā)電機組中，次同步振蕩會極大地影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運行安全，因此，如何研究雙饋風(fēng)機的次同步振蕩特性和抑制策略具有重要意義。

一、雙饋風(fēng)機次同步振蕩特性

(一)雙饋風(fēng)機的機電特性分析

雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)子為異步電機，其機電特性與傳統(tǒng)的同步電機存在一定的區(qū)別。在風(fēng)力發(fā)電機組穩(wěn)態(tài)運行時，雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)速通常是在同步速度以下一定范圍內(nèi)變化的，這是由于風(fēng)能的自然變化和匹配電動特性的調(diào)節(jié)導(dǎo)致的。其中，轉(zhuǎn)子電樞電流可分為同步電流和異步電流兩部分，其大小與差值直接決定了風(fēng)機的功率輸出和電功率因數(shù)。

(二)雙饋風(fēng)機次同步振蕩模型建立

為了研究雙饋風(fēng)機的次同步振蕩特性，需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。雙饋風(fēng)機次同步振蕩模型可以分為兩類：一類是IPMSM模型、機械模型和電磁模型的耦合模型，另一類是基于小擾動線性化的模型。

(三)雙饋風(fēng)機次同步振蕩特性分析

通過數(shù)學(xué)模型分析可以發(fā)現(xiàn)，雙饋風(fēng)機的次同步振蕩特性主要受到以下幾個因素的影響：

1.受電網(wǎng)頻率偏差的影響，電網(wǎng)頻率偏差越大，次同步振蕩越明顯；

2.受負(fù)載擾動的影響，雙饋風(fēng)機的機電參數(shù)會因外部擾動而產(chǎn)生變化，進(jìn)而影響機電振蕩；

3.受機內(nèi)參數(shù)變化的影響，雙饋風(fēng)機內(nèi)部元件的損耗和老化會導(dǎo)致電路參數(shù)變化，進(jìn)而影響次同步振蕩的出現(xiàn)與穩(wěn)定。

二、基于虛擬電阻的抑制策略

(一)虛擬電阻的概念及作用原理

虛擬電阻是一種基于逆變器控制策略的抗次同步振蕩技術(shù)。其原理是，在雙饋風(fēng)機中接入一個額外的電阻，形成一個虛擬電阻網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)虛擬電阻的阻值，調(diào)節(jié)電網(wǎng)與風(fēng)機之間的等效阻尼。

(二)虛擬電阻抑制技術(shù)的電路實現(xiàn)方案

虛擬電阻技術(shù)可以通過多種方式實現(xiàn)，常用的有基于雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)功率控制的虛擬電阻技術(shù)和基于電流控制的虛擬電阻技術(shù)。對于前者，需要在轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器中加入一個額外的電流環(huán)控制器以實現(xiàn)功率控制；對于后者，則需要在電網(wǎng)側(cè)變頻器中加入一個新的電流環(huán)控制器以實現(xiàn)電流控制。

(三)虛擬電阻抑制策略的實驗驗證

為了驗證虛擬電阻抑制策略的有效性，進(jìn)行了相應(yīng)的實驗。結(jié)果表明，虛擬電阻技術(shù)可以有效地抑制雙饋風(fēng)機的次同步振蕩，并且在輸入故障、電網(wǎng)故障等情況下，也能夠保持一定的抗擾性能。

三、結(jié)論

雙饋風(fēng)機是重要的風(fēng)力發(fā)電機組，其次同步振蕩問題對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運行安全有極大的影響。本文對雙饋風(fēng)機的次同步振蕩特性進(jìn)行了分析，并對基于虛擬電阻的抑制策略進(jìn)行了研究。實驗結(jié)果表明，虛擬電阻技術(shù)可以有效地抑制雙饋風(fēng)機的次同步振蕩，并且在輸入故障、電網(wǎng)故障等情況下，也能夠保持一定的抗擾性能。因此，虛擬電阻技術(shù)具有實際應(yīng)用的重要價值，可以為雙饋風(fēng)機的穩(wěn)