燕睿
国家电投集团广西电力有限公司桂林分公司 广西壮族自治区桂林市 541000
【摘要】本文围绕直流闭锁后风电送端系统暂态稳定与控制问题进行分析与论述，首先研究直流闭锁后双馈异步风力发电机功率特性相对于功角稳定性的影响，然后对直流闭锁后保留电容器切除对系统电压暂态稳定性的影响进行分析，希望能够引起业内有关人士的关注与重视。
【关键词】直流闭锁；风电送端系统；暂态稳定；控制
近年来，风电发展速度与规模不断加快。对于我国而言，沿海以及三北地区凭借丰富的风能资源规划建设了大量的千万千瓦级别风电基地。但受负荷水平偏低因素的影响，风电就地消纳能力有限，加之风电具有波动性大、规模大的特点，单独外送难以保障系统运行稳定安全，通过引入风电特高压交直流联合外送系统的方式，一方面提升了系统运行的经济性，另一方面大大降低了风电的外送功率波动水平，成为风电外送的首选方案。但需要引起注意的一点是，虽然整套系统能够极大程度上缓解受端电网供电压力水平，但因传统同步机与双馈风电机组暂态特性差异影响所致系统稳定性较差问题仍然不容忽视，特高压直流输送容量巨大，直流闭锁势必会严重影响系统暂态电压以及功角的稳定性。
1 直流闭锁后双馈异步风力发电机功率特性对功角稳定性的影响
在特高压直流闭锁状态下，Pw会直接对同步机电磁功率方程中的互阻抗水平以及自阻抗水平产生影响。直流闭锁状态下任意时刻中，改变Pw值都会导致互阻抗以及自阻抗水平发生改变，最终影响整套系统的功角稳定性。考虑到双馈异步风力发电机具有有功/无功功率解耦的特点，因此在特高压直流闭锁条件下，有功功率可以在一定区间内调节，Pw可以通过调节切除风电机组的方式满足要求。但目前有关特高压直流闭锁后双馈异步风力发电机的研究以风电机组切除量、切除顺序为主，较少围绕有功功率变化相对于电磁功率特性的影响进行分析。
1）Pw降低状态下，功角稳定性受自阻抗项的影响。在特高压直流闭锁且Pw角较大的情况下，根据自阻抗表达式，随着Pw的不断降低，所对应自阻抗实部模值将呈现出一定程度上的增大趋势，组阻抗虚部近似伴随Pw下降呈现出二次方倍数增大趋势，此状态下所对应的互阻抗余角＜0。从这一角度上来说，在Pw位于较大水平的情况下，随着Pw值的不断降低，自阻抗项＜0，且呈现出逐步减小的趋势，电磁功率曲线呈现出沿上行方向移动的变化趋势，对于电磁功率以及功角稳定性而言是非常有利的。在Pw下降至较小状态的情况下，自阻抗项可以忽略。根据以上变化趋势可以得出结论：在特高压直流闭锁条件下，随着Pw值的下降，自阻抗项对系统功角稳定性而言是存在积极影响的。
2）Pw降低状态下，功角稳定性受互阻抗项的影响。在特高压直流闭锁条件下，随着Pw值的不断下降，对于互阻抗而言，其实部以及余角均呈现出一定的下降趋势，虚部则维持的较为稳定的状态，且互阻抗实部以及互阻抗余角均＞0。因此，伴随Pw值的下降，互阻抗项作用下同步机电磁功率曲线呈现出沿左上方移动的变化趋势，对系统功角稳定性而言是有利的。下图（如图1）所示给出特高压直流闭锁条件下Pw相对于同步机加速、减速面积的影响示意图。结合图1来看，在特高压直流闭锁前，图中所示a点为同步机运行位置，由该曲线可以看出，在特高压直流闭锁后，通过降低Pw值的方式能够促进同步机电磁功率的提升。相同的道理，特高压直流闭锁后对电容器装置进行延时切除处理，能够使同步机电磁功率得到明显的提升。
图1：特高压直流闭锁条件下Pw相对于同步机加速、减速面积的影响示意图
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由上述分析可见，在特高压直流闭锁后降低Pw值有助于促进系统功角稳定性水平的提升。考虑到对于双馈异步风力发电机而言，有功调节能力是比较有限的，因此为达到快速降低风电有功功率的目的，常采取对双馈异步风力发电机机组进行直接切除的处理方式。而对于特高压直流闭锁后仍然处于并网状态下的双馈异步风力发电机组而言，则可以通过有功功率速降控制的方式，在尽可能降低双馈异步风力发电机切除量的同时促进系统功角稳定性水平的提升，以最大限度降低系统恢复稳定性所需要付出的代价。
2 直流闭锁后保留电容器切除对系统电压暂态稳定性的影响
在特高压直流闭锁条件下，交流电容器无功功率补偿盈余以及潮流转移所致交流线路无功损耗增加会对系统暂态电压稳定性产生共同作用与影响。在闭锁条件下，对于整流站而言，无功功率消耗下降至零值，受到盈余务工的影响，送端电网无线电压呈现出瞬时性的上升趋势。对于送端系统交流母线而言，电压上升幅值与无功盈余量之间存在一定的对应关系，即电压上升幅值≈无功盈余量/送端系统短路容量。这一关系表明：在特高压直流闭锁后，整流站交流母线暂态过电压赋值直接受到无功盈余量以及系统短路容量这两个方面因素的影响。
在整流站无功盈余的基础之上，有功功率不断转移至交流通道，受此因素影响明显增加通道潮流，随着有功功率的增加，交流线路所对应无功损耗水平会呈现出近似的二次方倍的增加趋势。在系统整体容量水平较大的情况下，闭锁状态下特高压直流系统无法实现对送端系统不平衡功率的完全转移，因此为确保系统暂态稳定性，常通过切机的方式实现。而在系统容量较小的情况下，通过特高压直流闭锁系统实现闭锁后送端系统盈余有功功率的转移，此情况下可顺利过渡至新的稳定运行状态，无需采取切机等相关措施。需要引起注意的一点是，当系统无功调节能力较弱时，送端系统无法快速平衡盈余的无功功率，此时保留电容器会明显增大送端系统暂态过电压持续时间，降低系统暂态稳定性，因此闭锁后保留部分电容器的控制措施并不适用。由上述分析可见，当送端系统无功调节能力较强时，特高压直流闭锁后保留适量电容器的控制有利于提升系统线路电压水平和系统暂态电压稳定性。
3 结束语
本文上述分析中围绕直流闭锁后风电送端系统暂态稳定与控制策略进行相关分析与研究，得出以下几个方面的结论：（1）考虑到对于双馈异步风力发电机而言，有功调节能力是比较有限的，因此为达到快速降低风电有功功率的目的，常采取对双馈异步风力发电机机组进行直接切除的处理方式。而对于特高压直流闭锁后仍然处于并网状态下的双馈异步风力发电机组而言，则可以通过有功功率速降控制的方式，在尽可能降低双馈异步风力发电机切除量的同时促进系统功角稳定性水平的提升，以最大限度降低系统恢复稳定性所需要付出的代价；（2）当送端系统无功调节能力较强时，特高压直流闭锁后保留适量电容器的控制有利于提升系统线路电压水平和系统暂态电压稳定性。
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