DFIG接入对电力系统低频振荡的抑制

刘 斌 王巧珍 周中峰

内蒙古电力（集团）有限责任公司巴彦淖尔电业局

DFIG接入对电力系统低频振荡的抑制

刘 斌 王巧珍 周中峰

内蒙古电力（集团）有限责任公司巴彦淖尔电业局

给出了双馈发电机组的数学模型及含风场的电力系统静态稳定分析方法。针对电力系统低频振荡信号的非线性、非平稳的特点，提出了一种希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform，HHT）的信号分析算法，并在完整的双馈风力发电机组（doubly fed induction generation， DFIG）模型上进行仿真。结果表明，DFIG接入系统后，此方法可以对低频振荡的抑制研究起到一定的效果，在一定程度上提高了电力系统的安全稳定性。

现阶段，风电技术不断发展，其规模也在继续扩大，在大容量的风电机组接入时，对电力系统的影响也十分明显。

目前电力系统普遍实行区域互联，在受到小的扰动下因其阻尼不足会发生频率在0.17～2.5Hz之间的相对摆动，故称之为低频振荡。此振荡使得区域间的功率传输受到了限制，同时也影响系统的稳定性。

双馈感应发电机（doubly fed induction generator，DFIG）较传统的恒速风机可以提高风能转换效率，在某些情况下能对电网提供无功和电压的支持，改善风电场功率因数及电压稳定性。目前，介于双馈机组对小扰动稳定及低频振荡（Low Frequency Oscillation）特性的影响所采用的抑制方法还比较少。在本文中给出的机组模型在接入电网中可以有效提高振荡区域之间模态的阻尼特性。

双馈感应发电机（doubly fed induction generator，DFIG）的优势在于通过自身的控制系统来达到恒频率的电能输出，此量与风速的变化无关。在文中机组接入两区四机系统中，并在双馈风力发电机组模型的基础上利用HHT分析方法对接入电网的DFIG产生的振荡信号进行分析，与传统方法的比较中体现出了此方法的优越性。

风力发电机组动态模型

风力机数学模型

风力发电机组是由叶片、轮毂及传动机构组成，在进行研究时需要满足某些条件。

定子磁链饱和不计

在变速风机中，叶片与轮毂要可用一阶的惯性系统来模拟定子磁链的暂态过程与定子电阻同时不计。

电机模型

发电机转子运动方程即为风力发电机组的暂态方程，在方程中，电磁转矩能够反映出发电机各电气量之间的动态关系。

HHT方法简介

希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform，HHT）是一种非线性、非平稳的信号处理方法，其核心部分为经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，EMD），通过此过程把信号分解为若干本征模态函数（Intrinsic Mode Function， IMF），然后把IMF进行Hilbert变换，得到每一个IMF随时间变化的瞬时频率和瞬时幅值，由此可以构建信号的Hilbert谱。

算例分析

算例采用Kunder的两区四机系统，系统具体参数，该系统由两个对称区域组成，每个区域各有两台900MVA的发电机，区域1的有功负荷为967MW，无功负荷为100Mvar，区域2的有功负荷1767MW，无功负荷为100Mvar，采用的运行方式为区域1向区域2输电。

双馈风电机组运行的一个特点为其工作模式将随风速的变换而变化，进而将出现几种不同的运行模式。对于不同的风速，给定的叶尖速比λ，不同的桨距角对应的风能利用系数相差较大，且只有一个固定的最佳风力机的风能利用系数pC随桨距角β的减小而增大。

在额定风速之下时，为了追踪最大功率，桨距角趋于0度，使pC趋于最大，风轮功率输出会达到最大；当风速在额定风速之上时，桨距角开始顺桨处于关桨状态，B值在0～45度之间变化，降低功率系数pC值，风轮会减小吸收功率，风功率会趋于额定功率。

当机组系统受到扰动后，发电机转子发生摇摆，输出的风轮功率信号波形在EMD分解的作用下产生本征模态函数imf，进而对振荡信号进行分析。

对于发电机输出功率的振荡信号辨识的结果如下：给定初始转速电机转速运行在1400rpm，当风速发生突变情况，电机的转子转速跟随风速的变化而变化，很快的趋于稳定状态。

同样在风速突变时没有利用此方法处理，利用HHT变换处理振荡信号得到的波形与未处理得到的波形相比，振幅与衰减时间明显下降，同样能够增强系统阻尼。

结语

研究了DFIG的动态模型及稳定性的分析方法，对接入系统后能够产生电力系统低频振荡（Low Frequency Oscillation）做了相关研究，提出了HHT的信号分析方法，运用此方法能够从时域仿真信号或现场试验信号中辨识出低频振荡（Low Frequency Oscillation）模态分量的瞬时幅值、瞬时频率及阻尼比等参数。接入两区四机系统后的仿真表明，系统的振荡在一定程度上得到了一定的改善。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.045