【基于阻抗特性的直驱风电机组并网稳定性分析】直驱

基于阻抗特性的直驱风电机组并网稳定性分析

本文以阻抗特性为基础进行直驱风电机组并入交流电网的稳定性分 析，推导计算了直驱风电机组的等效阻抗特性，并应用Nyquist稳定性判据进行 了稳定分析。

1基于阻抗特性的直驱风电机组并网稳定性判据 直驱风电机组并网接入电网时，风电机组和电网之间会相互影响，易 产生谐振或者运行不稳定工况。直驱风电机组并网接入电网后，即为向电网输入 功率，这对于整个系统来说相当于并网向电网输入电流，所以直驱风电机组可以 等效为一个理想电流源和等效阻抗并联的结构[4]。而电网在并网点为并网系统 提供了电压基准，所以电网可以等效为一个戴维南电路，即理想电压源与阻抗串 联。直驱风机并网系统等效简化框如图1所示。

理想电流源IC（s）和等效阻抗ZO（s）并联组成直驱风电机组部分等 效阻抗，理想电压源Vg（s）和等效阻抗Zg（s）串联组成电网系统部分阻抗。风 电机组与电网两个子系统互联后，并网端口电压V（s）和端口输出电流I（s）可 以表示为：
根据Nyquist稳定性判据，直驱风机并网是否稳定由G（s）的分母的 极点决定，即阻抗比Zg（s）/VO（s）的Nyquist曲線不围绕点（-1，0）。变换到对数阻抗坐标系下，即时，相角大于-180°时系统稳定，当等于-180°时系统处于 临界稳定状态，而小于-180°时系统不稳定。

2仿真验证 为了验证基于阻抗特性稳定判据的正确性，在PSCAD/EMTDC模型中 搭建直驱风机并网系统模型。在所建模型中考虑锁相环、电流调节器等控制环节。

建立的直驱风电机组参数如表1所示。

基于阻抗特性的方法推导了直驱风电机组的阻抗特性和电网的阻抗 特性，如图2所示。电网侧呈电感特性，其相位始终为90°；
直驱风机机端阻抗在 超同步频段会呈现电容和负电阻特性，与感性的交流电网并网就可能发生谐波谐 振。

定量分析由图2可见，直驱风机逆变器系统等效输出阻抗与电网阻抗 的频率特性在75Hz频率处，逆变器输出机侧阻抗和电网系统阻抗幅值相等而相 位差接近180°时，此时G（s）的分母阻抗将会在该频率点达到最小值，根据奈奎 斯特稳定判据，阻抗网络将发生振荡。若此时电网当中产生谐波成分正好接近这 一频率，则该次频率附近的并网电流谐波将被放大，严重时导致系统发生振荡甚 至不稳定。当交流电网等值阻抗越大时，幅频特性交点频率向左移，振荡频率下 降，次同步振荡风险增大。

在PSCAD/EMTDC进行了时域分析对比，通过调整风机出力为0.15kA， 时域仿真结果表明系统会发生次同步振荡，通过频谱分析看出，在73Hz处的谐 波分量比较大，与理论分析基本吻合。

3结语 本文介绍了基于阻抗特性的直驱风电机组并网稳定性分析方法，对直 驱风机接入弱交流电网进行了分析计算，结果表明直驱风机接入交流电网会发生 次同步振荡，通过PSCAD/EMTDC建立仿真模型验证了直驱风机阻抗稳定判据的 正确性。