核心提示：　　Arklow海上風(fēng)電場(chǎng)位于愛(ài)爾蘭Wicklow郡境內(nèi)，距愛(ài)爾蘭東海岸約7~12km規(guī)劃容量為200臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)500MW.目前選址和論證工作已經(jīng)芫成，工程將分階段進(jìn)行，到200 7年全

　　Arklow海上風(fēng)電場(chǎng)位于愛(ài)爾蘭Wicklow郡境內(nèi)，距愛(ài)爾蘭東海岸約7~12km規(guī)劃容量為200臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)500MW.目前選址和論證工作已經(jīng)芫成，工程將分階段進(jìn)行，到200 7年全部投產(chǎn)，屆時(shí)將成為世界上最大的海上風(fēng)電工程。一期工程在2003年內(nèi)投運(yùn)，將向愛(ài)爾蘭電力系統(tǒng)提供大約25MW電力。該期項(xiàng)目將安裝7臺(tái)CE 3.6MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是目前投入商業(yè)運(yùn)行的單機(jī)容量最大的風(fēng)電機(jī)組一采用諸如雙饋式異步發(fā)電機(jī)、丨CBT控制的變頻器，變槳距控制以及動(dòng)態(tài)電壓和無(wú)功補(bǔ)償?shù)纫幌盗凶钚聦?shí)用技術(shù)。同時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)已經(jīng)和愛(ài)爾蘭供電委員會(huì)（ESB）達(dá)成接入電網(wǎng)協(xié)議。該風(fēng)電場(chǎng)將通過(guò)海底電纜與ESB現(xiàn)有的38kV變電站相連1.因?yàn)閻?ài)爾蘭發(fā)展風(fēng)電的歷史很短，缺乏相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，尤其是大型風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此，迫切需要開(kāi)展相關(guān)研究，分析類(lèi)似大型風(fēng)電場(chǎng)與愛(ài)爾蘭全國(guó)電網(wǎng)之間的相互影響，特別是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和風(fēng)電場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)事故的抗干擾能力。

　　1雙饋異步發(fā)電機(jī)模型雙饋型異步發(fā)電機(jī)具有繞線式轉(zhuǎn)子，通過(guò)ICBT控制的電壓源變頻器與電網(wǎng)相連，其中IGBT四象限運(yùn)行，模塊采用脈寬調(diào)制技術(shù)，輸出正弦波電壓。該特點(diǎn)保證發(fā)電機(jī)電壓和頻率持續(xù)不變，不受轉(zhuǎn)子速度的影響，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滑差功率的有效利用，減小發(fā)熱損耗。如果把傳統(tǒng)的感應(yīng)式發(fā)電機(jī)看作是轉(zhuǎn)子短路這一特例，那幺雙饋式異步發(fā)電機(jī)模型可以寫(xiě)作：變栩器雙饋電機(jī)工作原理了整流電路部分，假iS變頻器是理想變頻器。為防止模型失真，需要考慮變頻器回路中直流環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，因此在模型中加入一個(gè)反時(shí)限動(dòng)作的低電壓保護(hù)機(jī)制。當(dāng)系統(tǒng)電壓降低并持續(xù)一段時(shí)間后，例如90%正常電壓值，那么延時(shí)1~2nhn切除風(fēng)電機(jī)組。電壓越低，延時(shí)越短。如果電壓降得非常低，達(dá)到臨界值，瞬時(shí)切除風(fēng)電機(jī)組：其中：芳=5+成，暫態(tài)電勢(shì)，轉(zhuǎn)子電壓；機(jī)端電壓，八十L，定子電流t'，機(jī)械功率，rE=-Rs丨丨，定子上。的電磁功率；A=，f為系統(tǒng)頻率；轉(zhuǎn)子滑差；為轉(zhuǎn)子速度；X=等值電抗；暫態(tài)電抗，2冗A轉(zhuǎn)子回路時(shí)間常數(shù)。

　　該模型已經(jīng)在異步電機(jī)模型的基礎(chǔ)上作了適當(dāng)簡(jiǎn)化，忽略了定子暫態(tài)過(guò)程，適用于一般的暫態(tài)穩(wěn)定分析。這種發(fā)電機(jī)僅在轉(zhuǎn)子回路中使用脈寬調(diào)制電壓源變頻器，需要處理的功率只占全部發(fā)電功率的20%，因此效率相當(dāng)高。為節(jié)省仿真時(shí)間，在模型中簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)速及偏移；分別是風(fēng)機(jī)捕獲風(fēng)能和風(fēng)機(jī)向發(fā)電機(jī)傳遞的功率；分別是風(fēng)機(jī)軸系角度和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角度；ZCS是扭轉(zhuǎn)力矩系數(shù)；P是空氣密度；r是風(fēng)機(jī)掃風(fēng)面積半徑；V是風(fēng)速；cp是風(fēng)機(jī)效率系數(shù)，是葉尖速比5V =和槳矩角辦的鄧越性函數(shù)8.通過(guò)變速驅(qū)動(dòng)的方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的精確調(diào)整，從而在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)跟蹤最優(yōu)葉尖速比，保證風(fēng)機(jī)以最優(yōu)效率運(yùn)行。與此運(yùn)行策略相適應(yīng)，通過(guò)槳矩角調(diào)整與變頻器控制相結(jié)合，風(fēng)機(jī)能夠在次同步速、同步速和超同步速3種運(yùn)行狀態(tài)中自由切換。如所示，槳矩角的調(diào)整可以通過(guò)比例-積分控制器實(shí)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度作為反饋信號(hào)。

　　I亞洲：Arklow海上風(fēng)電場(chǎng)與爰爾蘭電網(wǎng)的相互影響齒輪箱雷亞洲：Arklow海上風(fēng)電場(chǎng)與爰爾蘭電網(wǎng)的相互影響速度反饋槳矩控制機(jī)理風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)聯(lián)接3與電網(wǎng)聯(lián)接如所示，為把風(fēng)電場(chǎng)的電能高效地輸送到愛(ài)爾蘭全國(guó)電網(wǎng)上，需要在Arklow淺灘上建立1個(gè)38kV升壓站，通過(guò)12km左右的海底電纜與ESB38kV的Arklow變電站相連。由于海底電纜的充電電容相當(dāng)之大，在低負(fù)荷期間會(huì)給風(fēng)電場(chǎng)帶來(lái)有害的高電壓，因此，在變電站附近裝設(shè)一個(gè)靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC），正常運(yùn)行時(shí)吸收過(guò)的無(wú)功，緊急狀態(tài)下向系統(tǒng)（和風(fēng)電場(chǎng)）提供動(dòng)態(tài)的無(wú)功支持。

　　但是，SVC的補(bǔ)償容量與系統(tǒng)的電壓水平關(guān)系密切，當(dāng)端電壓降低時(shí)，其輸出無(wú)功功率以平方關(guān)系減小。因此在系統(tǒng)故障期間，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的支持作用有限。

　　4算例分析在PSS/E動(dòng)態(tài)仿真平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的變槳矩控制變速雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型可以實(shí)現(xiàn)與PSS/E暫態(tài)仿真模塊的無(wú)縫聯(lián)接。

　　風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速及槳矩角率的變化曲線。是風(fēng)機(jī)角速度、發(fā)電機(jī)角速度以及槳矩角變化曲線。因?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)3乓故障地點(diǎn)較遠(yuǎn)，因此風(fēng)機(jī)端電壓下降不多，得以從故障中順利恢復(fù)正常運(yùn)行，而沒(méi)有脫網(wǎng)。

　　作為對(duì)比，分別在電網(wǎng)西部、南部和負(fù)荷中心QWin地區(qū)選取一個(gè)220kV變電站母線作為故障點(diǎn)，仿真結(jié)果如表1所示。雖然及時(shí)切除故障（150ms）可以避免同步發(fā)電機(jī)組失步，但是在其中3個(gè)地點(diǎn)發(fā)生單一故障的情況下，可能導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)端電壓過(guò)低而脫網(wǎng)。這3個(gè)故障點(diǎn)都在Dublin地區(qū)附近，因此在分析系統(tǒng)對(duì)Arklow風(fēng)電場(chǎng)的影響時(shí)，需要詳細(xì)考慮Dublin及附近電網(wǎng)的情況。

　　4.125MW風(fēng)電場(chǎng)Arklow―期風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量25MW，7臺(tái)GE3.6MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組互聯(lián)之后，經(jīng)38kV升壓變?cè)偻ㄟ^(guò)海底電纜連接到ESB主系統(tǒng)。是在主電網(wǎng)科克地區(qū)某220kV變電占母線發(fā)生瞬時(shí)三相短路故障（麟約150ra），風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的端電壓及其輸出（或吸收）功表125MW風(fēng)電場(chǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析地區(qū)故障母線風(fēng)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)恢復(fù)穩(wěn)定脫網(wǎng)穩(wěn)定恢復(fù)穩(wěn)定脫網(wǎng)穩(wěn)定脫網(wǎng)穩(wěn)定