考虑抑制DFIG机群脱网的风电场无功补偿配置新方法

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2015.05.003

摘要/Abstract

摘要：

随着大规模风电并网，电网故障情况下风电机群连锁脱网事故严重威胁电网安全稳定运行。为此，从抑制DFIG机群脱网的角度，提出了一种考虑抑制双馈异步风力发电机（doubly-fed induction generator，DFIG）机群脱网的风电场无功补偿配置新方法。该方法首先以风电场为中心进行无功平衡初步分析，通过无功需求和有功传输之间的定量关系，确定风电场所需要配置的低压电抗器组和低压电容器组容量。然后通过不同负荷方式下风电出力波动和线路N-1运行时的风电场母线电压无功分析，校核初步配置方案对系统静态安全的适应能力。最后，在分析电网故障情况下DFIG机群无功需求特征基础上，通过加入一定容量的静止同步补偿器（static synchronous compensator，STATCOM）来抑制机群脱网，从而使无功补偿方案能满足系统安全运行的要求。该方法已应用到了某省网大容量风电接入220 kV的无功配置专题研究中，在经济和技术上是可行的和有效的。

关键词: 无功补偿, 风电场, 电网故障, 电容器组, STATCOM

Abstract:

Along with the increasing scale of wind power, the electric grid stability and safety problems in wind farms have become increasingly prominent due to the DFIG （doubly-fed induction generator） fleet off-grid under grid failure conditions. In order to inhibit DFIG fleet off-grid, this paper presented a wind farm reactive power compensation configuration method with considering the inhibition of DFIG. Firstly, the wind farms were taken as the center to analyze the reactive power balance. Using the quantitative relationship between reactive power demand and active transport, this paper calculated the needed capacity of low-voltage reactor bank and low-voltage capacitor bank in wind farm. Secondly, through the reactive analysis on the fluctuation of wind power output under different load modes and the bus voltage of wind farm during N-1 line running, this paper checked the adaptability of initial configuration scheme to the systems static security. Finally, based on the analysis on the reactive power demand characteristics of DFIG fleet under grid failure condition, this paper added a STATCOM （static synchronous compensator） with certain capacity to inhibit the fleet off-grid, which could make the reactive power compensation scheme meet the safe operation requirements of the system. The proposed method has been used to configure the reactive power compensation in 220 kV wind farm with large capacity in a province, which can prove its feasibility and effectiveness in economy and technology.

Key words: reactive power compensation, wind farm, power grid fault, capacitor bank, STATCOM

中图分类号:

TM 614

马瑞，王柯懿，吴刚. 考虑抑制DFIG机群脱网的风电场无功补偿配置新方法[J]. 电力建设, 2015, 36(5): 14-19.

MA Rui, WANG Keyi, WU Gang. A Novel Reactive Power Compensation Configuration of Wind Farms on Inhibiting DFIG Fleet Off-Grid[J]. ELECTRIC POWER CONSTRUCTION, 2015, 36(5): 14-19.

参考文献

［1］秦晓辉，郭强，周勤勇，等. 一种无功平衡与临界潮流快速分析方法及其在特高压可控高抗需求分析中的应用［J］.中国电机工程学报，2013，33.
Qin Xiaohui，Guo Qiang，Zhou Qinyong，et al. Fast analysis method of reactive power balancing and critical power flow and application to study controllable shunt reactors requirement in UHV grid ［J］.Proceedings of the CSEE，2013，33.
［2］穆钢，王健，严干贵，等.双馈型风电机群满载工况下连锁脱网事故分析［J］.电力系统自动化，2011，35（22）：36-39.
Mu Gang，Wang Jian，Yan Gangui，et al.Cascading trip-off of doubly-fed induction generators from grid at near full-load condition in a wind farm ［J］.Automation of electric Power Systems，2008，9（12）：1731-1740.
［3］李丹，贾林，许晓菲，等.风电机组脱网原因及对策分析［J］.电力系统自动化，2011，35（22）：41-44.
Li Dan，Jia Lin，Xu Xiaofei，et al.Cause and countermeasure analysis on wind turbines trip-off from grid［J］.Automation of electric power systems，2011，35（22）：41-44.
［4］Morren J，Haan S W H.Short-circuit current of wind turbines with doubly fed induction generator［J］.IEEE Transaction on Energy Conversion，2007，22（1）：174-180.
［5］Muyeen S M，Takahashi R，Ali M H，et a1.Transient stability augmentation of power system including wind farms by using ECS［J］.IEEE Transaction on Power Systems，2008，23（3）：1179-1187.
［6］徐殿国，王伟，陈宁.基于撬棒保护的双馈电机风电场低电压穿越动态特性分析［J］.中国电机工程学报，2010（22）：29-36.
Xu Dianguo，Wang Wei，Chen Ning.Dynamic characteristic analysis of doubly-fed induction generator low voltage ride-through based on crowbar protection［J］.Proceedings of the CSEE，2010，30（22）：29-36.
［7］张文娟，高勇.考虑主、漏磁路饱和的双馈风电低电压穿越动态性能分析［J］.电网技术，2013（07）：1995-1999.
Zhang Wenjuan，Gao Yong.Analysis on dynamic performance of low voltage ride-through of doubly fed induction generator considering main flux saturation and leakage flux saturation［J］.Power System Technology，2013（07）：1995-1999.
［8］周宏林，杨耕.不同电压跌落深度下基于撬棒保护的双馈式风机短路电流特性分析［J］.中国电机工程学报，2009，29（S1）：184-191.
Zhou Honglin，Yang Geng.Short circuit current characteristic of doubly fed induction generator with Crowbar protection under different voltage dips［J］.Proceedings of the CSEE，2009，29（S1）：184-191.
［9］朱晓东，石磊，陈宁,等.考虑Crowbar阻值和退出时间的双馈风电机组低电压穿越［J］.电力系统自动化,2010, 34（18）：84-89.
Zhu Xiaodong，Shi Lei，Chen Ning，et al.An analysis on low voltage ride through of wind turbine driven doubly fed induction generator with different resistances and quitting time of crowbar ［J］.Automation of electric power systems, 2010, 34（18）：84-89.
［10］刘广东，高宁，王东，等.电网不对称故障下双馈式风电机组低电压穿越技术［J］.电力建设，2011，32（12）：79-83.
Liu Guangdong，Gao Ning，Wang Dong，et al.Low voltage ride through technology of double-fed wind turbine unit under asymmetrical grid fault［J］.Electric Power Construction，2011，32（12）：79-83.
［11］Lopez J，Gubia E，Olea E，et al.Ride through of wind turbines with doubly fed induction generator under symmetrical voltage dips［J］.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2009，56（10）：4246-4254.
［12］冉然.并网风电场无功补偿策略研究［D］.华北电力大学,2011.
Ran Ran. Research on reactive power compensation strategy of wind farms connected to power system［D］.North China Electric Power University，2011.
［13］张永武,孙爱民,张源超,等. 风电场无功补偿容量配置及优化运行［J］. 电力系统及其自动化学报,2011，23（6）：150-156.
Zhang Yongwu, Sun Aimin, Zhang Yuanchao，et al.Reactive power compensation capacity configuration and optimal operation in wind farm［J］.Proceedings of the Chinese Society of Universities for Electric Power System and its Automation，2011，23（6）：150-156.
［14］栗然,张孝乾,唐凡,等.风电场容量比对无功补偿容量的影响研究［J］.电力系统保护与控制,2012, 40（4）: 20-25.
Li Ran，Zhang Xiaoqian，Tang Fan，et al.Study on effect of wind farm capacity ratio on the capacity of reactive power compensation［J］.Power System Protection and Control，2012，40（4）：20-25.
［15］江岳文,陈冲,温步瀛.随机模拟粒子群算法在风电场无功补偿中的应用［J］.中国电机工程学报,2008, 28（13）:47-52.
Jiang Yuewen，Chen Chong，Wen Buying.Application of stochastic simulations particle swarm algorithm in the compensation of reactive power for wind farms［J］.Proceedings of the CSEE，2008，28（13）：47-52.
［16］徐明辉，李泽滔，陶金.三相对称故障下双馈风力发电机控制策略［J］.电力建设，2014，35（8）：130-133.
Xu Ming，Li Zetao，Tao Jin.Double-fed wind generator control strategy in three-phase symmetrical fault［J］. Electric Power Construction，2014，35（8）：130-133.
［17］向大为，杨顺昌，冉立.电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的励磁控制策略［J］.中国电机工程学报，2006，26（3）：164-170.
Xiang Dawei，Yang Shunchang，Ran Li.Ride-through control of a doubly fed induction generator for symmetrical grid fault ［J］.Proceedings of the CSEE，2006，26（3）：164-170.
［18］Hu Jiabing，He Yikang，Xu Lie.Dynamic modeling and direct power control of wind turbine driven DFIG under unbalanced network voltage conditions［J］.Journal of Zhejiang University Science A，2008，9（12）：1731-1740.
［19］崔杨，严干贵，孟磊，等.双馈感应风电机组异常脱网及其无功需求分析［J］.电网技术，2011，35（1）： 135-138.
Cui Yang，Yan Gangui，Meng Lei，et al. Analysis on abnormal disconnection of doubly fed induction generator wind turbines from power grid and its demand on reactive power［J］.Power System Technology，2011，35（1）：135-138.
［20］胡家兵,孙丹,贺益康,等. 电网电压骤降故障下双馈风力发电机建模与控制［J］. 电力系统自动化,2006,08:21-26.
Hu Jiabing，Sun Dan，He Yikang，et al. Modeling and control of DFIG wind energy generator system under grid voltage dip ［J］. Automation of Electric Power Systems，2006，30（8）：21-26.
［21］王宏胜,章玮,胡家兵,等.电网电压不对称故障条件下DFIG风电机组控制策略［J］.电力系统自动化,2010, 34（4）：97-102.
Wang Hongsheng，Zhang Wei，Hu Jiabing，et al.A control strategy for doubly-fed induction generator wind turbines under asymmetrical grid voltage conditions caused by faults［J］.Automation of Electric Power Systems，2010，34（4）：97-102.

[1]	高建伟, 郎宇彤, 高芳杰, 郭贵雨, 梁鹏程. 基于Copula-UCVaR风险度量的风电场投资时序规划[J]. 电力建设, 2020, 41(8): 78-86.
[2]	朱林，王贝，陈达，张健. 基于相似度同调的双馈风电场聚合研究[J]. 电力建设, 2018, 39(7): 89-96.
[3]	杨洁1, 曹军威1，方太勋2，吴扣林2，常喜强3. 基于高阶滑模的STATCOM系统有限时间鲁棒控制[J]. 电力建设, 2018, 39(3): 71-.
[4]	陈元峰1，徐箭1，范传光2，王辉2，杨俊2，陈习伟2，唐畅2. 基于电解铝负荷调节的含高渗透率风电孤立电网频率控制策略[J]. 电力建设, 2018, 39(3): 92-.
[5]	林清明，胡旭，边晓燕，李海霞，姜莹. 基于尾流效应的海上风电场多机等值调频控制 [J]. 电力建设, 2018, 39(2): 116-.
[6]	张恺，尹忠东，杨啸天，闫卓武，黄永章. 基于V2G无功调度的电网无功补偿[J]. 电力建设, 2018, 39(1): 41-.
[7]	丁凡凡, 张大海，刘辉，和敬涵. 电气化铁路对风电场影响的评估与预测[J]. 电力建设, 2018, 39(1): 119-.
[8]	刘青，王皓. 基于模态分析与相对增益矩阵的多STATCOM交互影响分析与仿真[J]. 电力建设, 2017, 38(6): 80-.
[9]	魏梦洋，刘力铭，李耀华，王永，王飞. 服务于预测评价的风功率出力模式聚类研究 [J]. 电力建设, 2017, 38(6): 108-.
[10]	杨志超，高丙团，叶飞，薄鑫. 基于尾流效应的风电场最大出力优化控制[J]. 电力建设, 2017, 38(4): 96-.
[11]	谭茂强，黄伟，车文学，闫彬禹，谭任深. 基于改进Pareto最优算法的海上风电场多目标微观选址规划[J]. 电力建设, 2017, 38(4): 103-.
[12]	易琛，任建文，戚建文. 考虑需求响应的风电消纳模糊优化调度研究[J]. 电力建设, 2017, 38(4): 127-.
[13]	杨金刚，刘维妙，李顺昕，邓天虎，史智萍，胡泽春. 风氢耦合发电系统优化运行策略与效益分析[J]. 电力建设, 2017, 38(1): 106-.
[14]	黎静华，朱敦麟，潘毅. 含风电电力系统经济调度Wait-and-See模型的对比分析[J]. 电力建设, 2016, 37(6): 62-69.
[15]	尹忠东，王超. 分布式风电接入交直流混合配电网的研究[J]. 电力建设, 2016, 37(5): 63-68.