1研究背景

　　在減少溫室氣體排放和環境保護的壓力下，風力發電技術獲得高速發展，風電成為替代傳統電力能源的重要途徑之一。但是，大規模的風電并網將對現有電力系統的穩定性產生影響。次同步諧振是電力系統中傳統發電機組常常面臨的穩定威脅。因此，從次同步諧振的角度研究風力發電對電力系統的影響具有重要的意義。基于以上背景，本文通過計算與動態仿真初步揭示了風電場并網后與傳統發電機組的互動，并總結了風電場對電力系統次同步諧振的影響。

　　2風電場如何影響傳統發電機組次同步諧振現象

　　次同步諧振是嚴重影響傳統發電機組的安全隱患。因此，對電力系統次同步諧振的研究長期獲得工業界和學術界的廣泛關注。一般來說，電力系統的次同步諧振現象可以分為以下三類。

　　1）扭轉相互作用（torsionalinteraction,TI）：該作用發生于發電機組機械系統與電力網絡電氣系統之間。當電力網絡的自然振蕩頻率的補與發電機組的軸系頻率接近或重合時，扭轉相互作用將會發生。

　　2）感應電機效應（inductiongeneratoreffect,IGE）：感應電機效應只是一種電氣現象。它的發生取決于發電機組電氣部分和電力網絡電氣系統的狀況。

　　3）扭轉放大（torsionalamplification,TA）：扭轉放大是一種非線性暫態動態特性。

　　TI與IGE與電力系統穩態穩定有關，是本文研究的重點。隨著風能的大力發展和廣泛應用，風電場常常與電網相連為用戶提供清潔低碳的能源。有時，這些并網的風電場與傳統發電機組距離較近，并補充或替代部分傳統發電機組的容量。在這種情況下，由于風力發電機與傳統發電機動態特性的不同，風電場的并網有可能影響臨近的傳統發電機組次同步諧振的動態。因此，需要對風電并網條件下傳統發電機組的次同步現象重新做評估與研究。本文基于以上需求，研究了風電場對電力系統次同步諧振的影響。

　　3次同步諧振的研究方法及模型

　　針對電力系統次同步諧振的研究，不少實用的方法被提出和應用。其中，特征根分析法和時域仿真法被廣泛采用。這2種方法也特別適用于本文的研究重點——TI和IGE。

　　1）特征根分析法：該方法根據被研究系統的穩態數學模型計算出系統模態對應的特征根，根據這些特征根分析系統的阻尼和振蕩特性。

　　2）時域仿真法：該方法通過計算機電磁暫態仿真軟件對電力系統的次同步諧振現象進行模擬。

　　本文對電力系統次同步諧振的研究主要采用以上2種方法。首先，通過計算系統特征根研究風電場對電力系統次同步諧振的影響。然后，通過時域仿真的方法驗證特征根分析的結果。

　　IEEE次同步諧振第一標準模型常被用來計算和驗證電力系統的次同步諧振現象。該模型是由實際工業項目簡化而成，具有廣泛的實用價值。本文的研究模型也是以IEEE第一標準模型為藍本，加入風電場及其它同步機組組成新的研究測試系統，如圖1所示。在這個新的測試系統中，風電場由雙饋感應風機組成，GEN1為原IEEE模型中的發電機組，GEN2由10個小容量的同步機組組成。研究過程中，風電場的發電量逐步替代GEN2中的若干機組，但風電場與GEN2的總發電容量保持不變。

　　圖1測試系統示意圖

　　4風電場對傳統發電機組TI的影響

　　通過對改進后的研究測試系統進行特征根分析和時域仿真，由雙饋感應風機組成的風電場對傳統發電機組TI有惡化的影響，具體如下：

　　1）風電場規模越大，扭轉振蕩的阻尼越小。

　　2）雙饋感應風機的轉子控制器內環對傳統發電機組扭轉相互作用有影響。該內環控制器控制增益越小，扭轉振蕩的阻尼越大。

　　3）雙饋感應風機運行轉速越高，扭轉振蕩阻尼越小。

　　5風電場對傳統發電機組IGE的影響

　　通過對系統特征根分析和時域仿真，由雙饋感應風機組成的風電場對傳統發電機組IGE的影響取決于電網線路的串聯補償程度。當線路的串聯補償程度較高時，系統被激發并失去穩定性。在這種情況下，風電場將使系統振蕩更加惡化。當串聯補償程度較低且系統在故障下保持穩定，風電場將改善系統振蕩的阻尼。同時，風電場規模的增大也將惡化系統的感應電機效應。