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【摘要】為研究新能源對電網穩定性的影響，以雙饋風機為例來進行相關建模研究。在建模過程中對影響較小的分量進行適度簡化。通過仿真算例驗證了該思路的正確性。其可進一步推廣到如波浪能發電系統的建模工作中。

【關鍵詞】新能源雙饋風機穩定性仿真

1引言

近年來，我國新能源發電的占比在穩步提高。根據中電聯相關數據，2017年我國新增新能源的裝機占比達到53.7%。以風能、太陽能為代表的新能源替代作用日益明顯。在新能源集中的區域，其暫態響應對局部電網穩定性的影響將不可忽略。為此需建立涵蓋風電、波浪能等新能源系統的相關模型并對其進行研究。新能源通用模型的建模與仿真文/梁鈺1,2王為民1,2劉紅巖1,2林道鴻1,2毛嵐3張帆3為研究新能源對電網穩定性的影響，以雙饋風機為例來進行相關建模研究。在建模過程中對影響較小的分量進行適度簡化。通過仿真算例驗證了該思路的正確性。其可進一步推廣到如波浪能發電系統的建模工作中。

2新能源通用模型的建模

新能源發電和傳統能源如火電相比具有特殊性：

（1）新能源發電普遍使用電力電子變流器，其轉速和電網頻率并不存在耦合關系，這導致新能源發電系統的總體慣性將大大降低。

（2）新能源發電的占比提高，意味著通過勵磁系統來保障電網功角穩定性和電壓穩定性的能力也將削弱。在故障過程中會進一步加劇電網的穩定性問題。仿真是研究電網穩定性的重要工具。目前針對新能源建模有兩種思路：詳細建模和通用建模。前者需對各個組成部分建立詳細的微分方程或代數方程。

該思路在電網安全分析中其存在以下局限性：

（1）新能源系統包含眾多的獨立子單元。以風電場為例，其包含幾十至上百臺的風電機組，要對這些子系統均進行建模是不現實的。

（2）新能源發電系統中普遍含較多的電力電子器件。若要對這些邏輯都進行詳細建模，工作量也是不可接受的。

在電網穩定性研究中，更適合使用基于外特性模擬的通用建模方式。該思路有如下優點：

（1）根據新能源系統的類型，將其劃分為各個相關聯的功能模塊，通過輸入輸出變量聯系到一起，這樣既能反映新能源發電系統的外部特性，也能反映其內部的主要變量。

（2）由于采用外特性模擬的方式，在對新能源發電系統進行通用建模的過程中將忽略部分變化較快、對外部電網系統影響較小的暫態分量，大大降低了建模的難度。

本文將以雙饋風電機組為例，探討其通用建模的過程，隨后給出仿真算例和結果。雙饋風機的電壓和磁鏈方程如下： 其中，定子電壓方程中的項對動態特性的影響較小，將其忽略后，式（1）-（4）可整理成如下的形式：由方程（5）可知,雙饋風機可以等效為可控電流源。其內電勢v1可由方程（6）求出,為轉子磁鏈ΨR的函數，其可由方程（7）可知為vR、iS等變量的函數。轉子電壓vR表征電流變換器的控制特性，可簡化為轉子電流iR為輸入，轉子電壓vR為輸出，中間為一慣性環節的傳遞函數。

為進一步簡化模型，還可做如下的假定：

（1）忽略耦合反饋回的轉子磁鏈分量；

（2）將轉子電流項替換為定子電流項，即不考慮勵磁電流分量；通過以上假定后，可得到如下的雙饋風機通用模型：由圖1可知，雙饋風電機組可等效為一個可控電流源，其采用電力電子變流器后，實現了有功和無功電流的解耦控制。需要指出的是，通用模型中的時間常數等參數需要通過適當的辨識手段進行參數校核，由于篇幅所限此處不展開說明。此外,風電系統一般都會帶有低電壓穿越等保護功能，可通過對輸出電流加以動態限制來模擬。在圖1中，有功電流ip和無功電流iq是分開控制的，其動態特性可由對最左邊的電流加入限幅函數來決定，即ip_max=f(u)和iq_max=f(u)，其中f(u)為以機端電壓Vterm為變量的函數，在系統擾動過程中，機端電壓Vterm也會出現一個暫態過程。通過定義在不同電壓值下運行輸出的最大電流，即可擬其在電網故障情況下的電流輸出特性。在建模過程中此過程通常使用非線性函數來實現，即通過有限的坐標點來擬合動態特性曲線。

3仿真算例

根據上述建模過程，在電磁暫態仿真程序DDRTS中，搭建了包含雙饋機組的仿真算例。即雙饋風電系統經過升壓變壓器、匯集線路后并入等值電源模擬的外電網系統。通過在風機出口設置故障，來模擬故障工況下風機輸出功率、電壓電流的動態變化行為。結果如圖2所示。從圖2可知，在故障發生期間，機端電壓降低至額定的80%左右，期間風機將額外輸出無功電流以對系統電壓提供支撐；故障期間由于電壓跌落，有功功率也隨之降低；在故障恢復后，風機的有功輸出能快速恢復至正常水平。

4進一步推廣

以波浪能發電系統為例，其動態特性主要由所包含的永磁同步發電機轉矩、壓力函數、效率函數的表達式決定，列舉如下：Tm=0.5ηΔpQ/π（8）ΔP(t)=ΔP0*Vl/(V+∫0tqndt)（9）（10）由方程式（8）至（10）可分別搭建控制模型塊并將其輸出信號用于以控制等值電流源的輸出電流，即可實現波浪能發電模型的主要功能。篇幅所限此處不再展開論述。

5結論

本文探討了不同建模方式的優缺點，描述了新能源發電系統（以雙饋風機為例）的通用建模思路，通過仿真算例驗證了其正確性。并展望了該建模思路的更多應用場景，如波浪能發電系統的通用建模。

參考文獻

[1]2017年中國電力發展情況概述[C].北京：中電聯行業發展和環境資源部,

[2]李世春,鄧長虹,龍志君,鄭峰,丁文,周沁.適應電網高滲透率下的雙饋風電機組慣性控制方法[J].電力系統自動化,2016,40(01):30-35.[J].

作者：梁鈺 王為民 劉紅巖 毛嵐 張帆 單位：海南電網有限責任公司電力科學研究院