在新能源滲透率不斷提高的具有背景下，風(fēng)力發(fā)電憑借著無污染、可再生、裝機(jī)靈活、運(yùn)維成本低等優(yōu)點(diǎn)，迅速在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域占據(jù)重要位置。然而，我國風(fēng)電集中并網(wǎng)地區(qū)往往具有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、就地負(fù)荷小、并網(wǎng)點(diǎn)缺乏無功支撐等特點(diǎn)，易受風(fēng)電功率時(shí)變性和強(qiáng)波動性的影響，容易出現(xiàn)并網(wǎng)地區(qū)電壓不平衡問題，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致大量風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　

　　根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15543要求，電力系統(tǒng)中風(fēng)電匯集系統(tǒng)匯集母線的電壓不平衡度長時(shí)間不超過2%，短時(shí)間不超過4%，因此，明確風(fēng)電機(jī)組之間、風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)之間的相互作用對分析匯集母線電壓不平衡的產(chǎn)生機(jī)理、找出電壓不平衡的主導(dǎo)影響因素具有重要意義。

　　

　　相較于傳統(tǒng)的發(fā)生在低電壓等級的配電網(wǎng)電壓三相不平衡，風(fēng)電匯集地區(qū)的三相電壓不平衡主要發(fā)生在包括高壓線路的風(fēng)電匯集和送出系統(tǒng)，呈現(xiàn)時(shí)空多樣性和變化特性，與風(fēng)電場空間分布、風(fēng)電出力等有強(qiáng)相關(guān)性。目前已有相關(guān)文獻(xiàn)針對風(fēng)電匯集系統(tǒng)電壓不平衡產(chǎn)生機(jī)理及影響因素展開研究。然而，相關(guān)文獻(xiàn)均將研究重點(diǎn)聚焦在輸電線路參數(shù)、輸電線路換位方式及負(fù)載參數(shù)等網(wǎng)側(cè)因素，未分析風(fēng)速、風(fēng)電機(jī)組臺數(shù)、風(fēng)電場空間分布等源側(cè)因素對電壓不平衡的影響。

　　

　　風(fēng)電機(jī)組作為源側(cè)結(jié)構(gòu)的主要組成部分，其模型的精確建立是研究匯集母線電壓不平衡機(jī)理分析的基礎(chǔ)，其中，在三相不平衡背景下，基頻負(fù)序阻抗模型尤為重要。在相關(guān)文獻(xiàn)中，各學(xué)者分別建立了DFIG動態(tài)模型，逆變器的諧波導(dǎo)納、阻抗模型，以及不平衡工況下風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化控制策略，均未進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)電機(jī)組基頻負(fù)序阻抗建模。

　　

　　目前風(fēng)電匯集系統(tǒng)電壓不平衡問題雖然得到了一定的關(guān)注，但研究主要集中于線路、負(fù)荷等網(wǎng)側(cè)因素對電壓不平衡的影響，以及不平衡工況下風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化控制策略研究，對源側(cè)因素尤其是風(fēng)電機(jī)組自身的控制參數(shù)、出力情況、空間分布等對電壓不平衡的影響關(guān)注較少，未能明確大規(guī)模風(fēng)電匯集地區(qū)的三相電壓不平衡機(jī)理。

　　

　　為了分析風(fēng)電匯集系統(tǒng)電壓不平衡產(chǎn)生機(jī)理，新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北電力大學(xué)）、國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院的劉其輝、逄思敏、吳林林、劉輝、徐曼，在2022年第21期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，以我國華北某風(fēng)電匯集電網(wǎng)為研究對象，建立了計(jì)及網(wǎng)側(cè)變流器（GSC）、機(jī)側(cè)變流器（RSC）及鎖相環(huán)（PLL）控制環(huán)節(jié)的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)（DFIG）的基頻負(fù)序阻抗模型，并由單機(jī)模型推廣至風(fēng)電場集群基頻負(fù)序阻抗模型；然后，基于實(shí)際風(fēng)電匯集系統(tǒng)，構(gòu)建風(fēng)電匯集地區(qū)負(fù)序等效電路，剖析風(fēng)電匯集地區(qū)電壓不平衡機(jī)理，分析源、網(wǎng)側(cè)主要因素對匯集母線電壓不平衡的影響規(guī)律，在一定程度上填補(bǔ)了從源側(cè)因素出發(fā)分析電壓不平衡機(jī)理的研究缺口。

　　

　　研究人員經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，增大DFIG的RSC電流控制環(huán)比例參數(shù)Krp，減小風(fēng)電場運(yùn)行風(fēng)速，減少風(fēng)電機(jī)組臺數(shù)及減小系統(tǒng)的等值電抗值均會加劇匯集母線的電壓不平衡度，而改變匯集母線之間的輸電線路長度對不同匯集母線電壓不平衡度的影響不同。

　　

　　他們基于我國華北地區(qū)某典型風(fēng)電匯集電網(wǎng)開展研究，得出的三相電壓不平衡規(guī)律、影響因素等結(jié)論，對于研究其他高比例風(fēng)電接入電網(wǎng)的三相不平衡問題具有一定的普適性參考價(jià)值。所提出的基于基頻負(fù)序阻抗模型的分析方法，可為新能源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量分析和治理提供理論基礎(chǔ)。

　　

　　本文編自2022年第21期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“大規(guī)模風(fēng)電匯集系統(tǒng)電壓不平衡機(jī)理、因素及影響規(guī)律”。本課題得到國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目的支持。