大规模风电场并网稳定性分析与优化控制策略研究.pdfVIP

新能源发电与储能

NewEnergyGenerationandStorage

大规模风电场并网稳定性分析与优化

控制策略研究

郭祥宇

（华电新能源集团股份有限公司湖南分公司）

摘要：针对大规模风电场并网过程中的系统稳定性问题，基于双馈风力发电机组详细建模，研究风电场动

态特性及其影响机理。通过构建电网等效模型，分析风电场与电网的交互作用，采用小信号分析法确定系

统稳定裕度。研究发现，合理配置无功补偿设备并采用模糊自适应PID控制策略，可有效抑制系统振荡，

提高暂态稳定性。仿真结果显示，该控制方案使系统暂态稳定裕度提升15.8%，功率波动幅值降低28.3%，

为大规模风电场的稳定运行提供了可靠的技术方案。

关键词：风电场并网；暂态稳定性；无功补偿；模糊自适应控制

规模风电场并网对电力系统的安全稳定运低到0.08pu，系统的动态性能得到显著改善。

大行带来较大挑战。风电场出力随机性强、1.2大干扰稳定性分析

波动性大的特点，容易引起电网电压波动大干扰稳定性研究主要针对系统发生三相短路、

和功率振荡，影响电力系统的稳定运行。同时，风相间短路等严重故障情况。研究采用时域仿真方法，

电机组对系统故障的适应能力较弱，在电网发生扰分析了不同故障类型和故障位置对系统稳定性的影

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动时易发生解列。因此，深入研究风电场并网稳定响。统计数据显示，当故障发生在PCC点时，系

性问题，提出有效的优化控制策略，对保障电力系统的暂态稳定性最为敏感。三相短路故障导致电压

统安全稳定运行具有重要意义。跌落至0.2pu时，若故障持续时间超过150ms，风

电机组将发生失步。相间短路故障条件下，系统的

1系统暂态稳定性研究

临界故障切除时间可延长至180ms。通过优化控制

1.1小干扰稳定性分析参数，系统在0.2pu电压跌落条件下的临界故障切

风电场在正常运行过程中持续面临风速波动、除时间提升至200ms，满足电网安全稳定运行要求。

负荷变化等小干扰因素。对某250MW风电场的运研究针对不同类型故障提出了差异化控制策略，对

行数据进行分析表明，当风速波动幅值在额定风速于三相短路故障，采用基于虚拟惯量控制的快速电

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的±20%范围内时，系统能够保持稳定运行。通压支撑方案，在故障发生后100ms内提供最大0.8pu

过对系统特征值的计算分析发现，系统主导模态的无功电流支撑，对于相间短路故障，结合正负序

的阻尼比在0.05～0.15变化。在额定工况下，系统电压控制技术，实现故障期间的不平衡电压补偿。

的机电振荡频率为1.2～1.8Hz，低频振荡频率为1.3临界故障切除时间计算

0.3～0.6Hz。实测数据显示，采用前馈控制策略后，临界故障切除时间是评估系统暂态稳定性的重

系统的阻尼比提升至0.18～0.25，有效抑制了功率波要指标。研究采用能量函数法计算了不同运行工况

动。风电机组输出功率的标准差从原来的0.15pu降下的临界故障切除时间。计算结果显示，风电场出