提高风电场暂态稳定性的超导磁储能机组协调控制

2019-09-10刘元许震欢

科学导报·科学工程与电力 2019年23期

刘元许震欢

【摘要】风力发电在电力系统中的渗透率逐年增加，提出了对低电压穿越的要求。然而，风力机常用的各种低电压穿越方案往往会改变风力机的运行状态，对系统的暂态稳定性带来双重影响。本文将风力机的输出功率与系统的等效机械功率相结合，推导出两者之间的数学关系。在此基础上，分析了低电压穿越对系统暂态稳定性影响的机理，同时提出了一种超导磁储能协调控制方案，以提高风电场并网发电系统的暂态稳定性。在转子撬棒实现低电压穿越的同时，根据等效系统机械功率的影响规律，调整超导磁储能的补偿策略，以达到更高的系统暂态稳定性能。最后，通过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制方案的有效性。

【关键词】低电压穿越;超导磁储能

1 引言

风能以其环保无污染的特点，在电力系统中占有较大的比重。随着风电在电网中的渗透率不断提高，对低压穿越提出了要求。近年来，针对双馈感应发电机提出了几种低电压穿越方法，其中应用最广泛的是添加撬棒保护电路。风力发电场在低电压穿越过程中还会影响同步电机的电磁功率和电力系统的暂态稳定性，因此研究撬棒电路对系统暂态稳定性的影响具有重要意义。

针对风力发电场对电力系统暂态稳定的影响，国外在暂态功角稳定方面已有一些研究成果。然而，大多数研究分析的是风电场本身或风电场对电力系统的影响，而没有分析低电压穿越对系统暂态稳定性的影响。本文通过理论推导的方法，借助扩展的等面积准则分析了风力机对系统暂态稳定性的影响。然而，风力机的机械功率和电磁功率处理方式与同步机相似，并不适用于风力机。而关键问题是，大多数研究都缺乏一个合理的解决方案来提高系统的暂态稳定性。

针对这个问题，本文考虑到超导磁储能装置对电力系统的快速功率响应，利用超导磁储能装置四象限发电灵活增强并网风电场的动态特性，提出了一种协调控制方案，以改善并网风电场的动态特性。结合转子撬棒和超导磁储能装置，实现了系统的暂态稳定。通过与超导磁储能的合作，风力机在完成低电压穿越的同时，可以提高系統的暂态稳定性。

2 双馈感应风机接入位置对电力系统稳定性的影响

3 利用超导磁储能与转子撬棒相结合的协调方案

3.1 协调方案控制机制

提出了一种考虑超导磁储能和双馈感应风机电源的联合转子撬棒和储能设备的协调控制策略，在故障期间和恢复过程中，风电场可以调整风力涡轮机的输出功率，使之成为一种新型的风力发电机组。根据需要配置电源，满足了低电压穿越的要求，提高系统的暂态稳定性。

从（4）开始，的正负号使得相同的输出功率对系统暂态稳定性有不同的影响。当为正，等效系统的机械功率随电磁功率的减小而减小;当为负，等效系统的机械功率随电磁功率的减小而增大。同时，机械功率的变化意味着系统加速和减速区域的不同，直接影响系统的暂态稳定性。

3.2 协调方案控制流程

1）在功角上升时，

当大于0，超导磁储能被控制吸收功率;

当小于0，超导磁储能被控制发出功率;

这减小了等效系统的机械功率，增大了加速面积，减小了减速面积。

2）在功角下降时，

当大于0，超导磁储能被控制发出功率;