2型风力发电机次同步谐振阻尼的模型分析

娄峥++王宏民

摘 要：简要阐述了2型WTs在连接一系列串联补偿输电线路中可能会发生次同步谐振的情况，进而通过合适的控制抑制这种情况。

关键词：次同步谐振；2型风力发电机；动态模型；风力发电

中图分类号：TM614 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.082

对许多国家而言，风力发电已经成为重要的电力资源之一。2型WTs（基于绕线转子异步电机（WRIG））是用简单的直流斩波器控制转子外接电阻来减小扭转SSR的现象。该现象是常规同步发电机和串联补偿输电线路相互作用的结果。

1 次同步谐振

SSR现象相当于电网和在电网同步频率下汽轮发电机组轴系间的振荡。最常见的情况发生在串联补偿输电线路，这是电容器电容与传输线中固有谐振频率电感相互作用的结果。

根据交互系统，通常可将SSR现象分为2个不同的类别，即异步发电机效应（IGE）和机电扭振互作用（TI）。

2 系统建模

2型WT系统是由风机、传动系统、WRIG、电源转换器和连接在发电机的输出端的并联电容器组成。WPP是利用收集双质量传动机械系统的2型WTs的N组数建模。

2.1 串联补偿传输线路模型

该模型中，频率ωs是由同步旋转的d-q参考坐标系得到的，即：

式（1）中：ωel为电频率的值；ωb为基准频率的值。

串联补偿传输线路模型为：

式（2）（3）（4）（5）中：Rl为线路等效电阻；id为d-q坐标系下d轴电流；Ll为传输线L1、L2和L3的耦合电感的总和；iq为d-q坐标系下q轴电流。

2.2 2型WT模型

2型结构主要包含通过机械传动连接到WRIG的WT。WRIG外接电阻Rdc通过电源转换器连接到转子绕组，包括三相整流桥和直流斩波电路。直流斩波占空比d可在小范围内向WT提供一定的调节功能。

2.2.1 机械传功系统

WT的传动系統是把气动力矩输送到叶片发电机轴上。它包括涡轮机、低速轴、变速箱、高速轴和WRIG的转子。本文运用了机械系统的双质量模型。这种模型可表示为：

2.2.2 绕线式异步电机

WRIG是在瞬时阻抗下的等效电压源下建模的。式（9）（10）（11）（12）给出了d-q参考坐标系下的状态空间模型，即：

2.2.3 并联电容器

WRIGs需要无功功率，以保持它的励磁。出于这个原因，通常在WRIG终端安装并联电容器。d-q坐标系的状态方程如下：

式（13）（14）中：Csh为电容。

2.2.4 整体系统模型

由式（2）（3）（4）（5）可以得到整体状态空间模型描述的电力系统。利用构成系统得到一组13阶非线性微分方程，即：

选择isd作为控制SSR阻尼的状态变量，因此，输出方程变为：

矩阵 的特征值是提供谐振模式的标识。该系统的小信号模型是通过定义矩阵 ， 和 得到的。

3 结论

随着风力发电的日益普及，预计在不久的将来，风电厂将参与电力系统动态事件，并提出类似传统同步发电机的要求。配有电压源变换器的WT能够抑制电力系统振荡。本文表明，适当控制外部转子电阻值，2型WTs也能够以一种有效的方式阻尼SSR振荡。

参考文献

[1]De Prada M，Mantilla-David F，Dominguez-Garcia J，et al.Contribution of Type-2 wind turbines to sub-synchronous resonance damping.Int J Electr Power Energy Syst，2014（55）：714.

[2]IEEE SSR Working Group.Terms definitions and symbols for sub-synchronous oscillations.IEEE Trans Power Apparatus Syst，1985，104（6）：1326.

[3]IEEE Committee Report.Readers guide to sub-synchronous resonance.IEEE Trans Power Syst，1992，7（1）：150.

〔编辑：白洁〕