风电场同步振荡特征值分析

对等值电路进行线性化后，利用特征值分析可以得到大量有价值的系统信息。本节分析了风速、并网发电机台数以及控制参数等对SSO特性的影响，并利用参与因子分析了关键状态变量与SSO和轴系振荡间的关系。

并网发电机台数和风速对SSO特性的影响如图4－20所示。对比风机的风速－转速关系可知，SSO的阻尼特性与发电机转子转速正相关：转速越高，阻尼越大；转速越低，阻尼越小。并网发电机台数和系统阻尼呈非线性关系：不同转速下，都存在阻尼最差的并网台数，在此基础上，发电机台数增加或减少，系统的阻尼都会增加。振荡频率与并网发电机台数和转速正相关：发电机转速越高，系统的振荡频率就越高；随着并网发电机的减少，振荡频率也逐渐降低，且并网发电机越少，台数变化对振荡频率的影响就越大。

通过图4－20可以看出，SSO的发生频率为6～8 Hz，这与现场数据和仿真结果基本一致，与轴系固有频率或其互补频率都存在很大的差距。

图4-20　并网发电机台数和风速对SSO特性的影响

表4－7所示为风速为8 m／s、并网发电机为1 500台时关键状态变量与SSO模式和轴系振荡模式的相关因子。可见，这类SSO现象主要与发电机定子电流、转子电流、串联电容电压和线路电流有关，而与轴系运动无关，仅是电气回路产生的谐振。而且，系统的电气谐振并未参与轴系质块的振荡运动，即由于线路的LC串联谐振频率与轴系固有频率相差很远，两者之间没有强耦合。

表4-7　关键状态变量与SSO模式和轴系振荡模式的相关因子

续表

根据前面的知识可知，DFIG的RSC和GSC各有3个控制环，共计12个控制参数。在风速为8 m／s、并网风力发电机为1 500台的情况下，控制参数在前面采用参数的基础上，在0.1～10倍变化时，SSO特性的特征值分析结果如图4－21～图4－26所示。根据分析结果可知，对SSO特性影响由大到小的控制参数依次为：RSC电流跟踪比例系数，与系统阻尼特性负相关；定子输出无功功率控制的比例系数，与系统阻尼特性负相关；直流电压控制比例系数，与系统阻尼特性呈非线性关系；机端电压控制比例系数，与系统阻尼特性正相关。

图4-21　RSC电流跟踪控制环控制参数对SSO特性的影响

（a）比例参数；（b）积分参数

图4-22　转子转速控制环控制参数对SSO特性的影响

（a）比例参数；（b）积分参数

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图4-23　定子无功控制环控制参数对SSO特性的影响

（a）比例参数；（b）积分参数

图4-24　GSC电流跟踪控制环控制参数对SSO特性的影响

（a）比例参数；（b）积分参数

图4-25　直流电压控制环控制参数对SSO特性的影响

（a）比例参数；（b）积分参数

图4-26　机端电压控制环控制参数对SSO特性的影响

（a）比例参数；（b）积分参数

在风速为8 m／s、并网发电机为1 500台的情况下，当线路电阻和串补容量变化时，SSO特性的变化情况如图4－27和图4－28所示。可知，随着线路电阻的增大，系统的阻尼增强；随着串补容量的提高，系统的振荡频率升高，但阻尼减小。

图4-27　线路电阻对SSO特性的影响

图4-28　串补容量对SSO特性的影响

通过上述特征值分析的结果可以看出，大规模安装双馈风力发电机的风电场与含有固定串补的系统之间发生的SSO现象是一种DFIG控制参与的电气谐振，与风力发电机组的轴系振荡无关。