核心提示：　　Arklow海上風電場位于愛爾蘭Wicklow郡境內(nèi)，距愛爾蘭東海岸約7~12km規(guī)劃容量為200臺風電機組，總裝機容量達500MW.目前選址和論證工作已經(jīng)芫成，工程將分階段進行，到200 7年全

　　Arklow海上風電場位于愛爾蘭Wicklow郡境內(nèi)，距愛爾蘭東海岸約7~12km規(guī)劃容量為200臺風電機組，總裝機容量達500MW.目前選址和論證工作已經(jīng)芫成，工程將分階段進行，到200 7年全部投產(chǎn)，屆時將成為世界上最大的海上風電工程。一期工程在2003年內(nèi)投運，將向愛爾蘭電力系統(tǒng)提供大約25MW電力。該期項目將安裝7臺CE 3.6MW風力發(fā)電機組，是目前投入商業(yè)運行的單機容量最大的風電機組一采用諸如雙饋式異步發(fā)電機、丨CBT控制的變頻器，變槳距控制以及動態(tài)電壓和無功補償?shù)纫幌盗凶钚聦嵱眉夹g(shù)。同時，風電場已經(jīng)和愛爾蘭供電委員會（ESB）達成接入電網(wǎng)協(xié)議。該風電場將通過海底電纜與ESB現(xiàn)有的38kV變電站相連1.因為愛爾蘭發(fā)展風電的歷史很短，缺乏相關(guān)的經(jīng)驗，尤其是大型風電場的并網(wǎng)運行經(jīng)驗，因此，迫切需要開展相關(guān)研究，分析類似大型風電場與愛爾蘭全國電網(wǎng)之間的相互影響，特別是系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性和風電場對系統(tǒng)事故的抗干擾能力。

　　1雙饋異步發(fā)電機模型雙饋型異步發(fā)電機具有繞線式轉(zhuǎn)子，通過ICBT控制的電壓源變頻器與電網(wǎng)相連，其中IGBT四象限運行，模塊采用脈寬調(diào)制技術(shù)，輸出正弦波電壓。該特點保證發(fā)電機電壓和頻率持續(xù)不變，不受轉(zhuǎn)子速度的影響，從而實現(xiàn)對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)電機看作是轉(zhuǎn)子短路這一特例，那幺雙饋式異步發(fā)電機模型可以寫作：變栩器雙饋電機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反時限動作的低電壓保護機制。當系統(tǒng)電壓降低并持續(xù)一段時間后，例如90%正常電壓值，那么延時1~2nhn切除風電機組。電壓越低，延時越短。如果電壓降得非常低，達到臨界值，瞬時切除風電機組：其中：芳=5+成，暫態(tài)電勢，轉(zhuǎn)子電壓；機端電壓，八十L，定子電流t'，機械功率，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)子回路時間常數(shù)。

　　該模型已經(jīng)在異步電機模型的基礎(chǔ)上作了適當簡化，忽略了定子暫態(tài)過程，適用于一般的暫態(tài)穩(wěn)定分析。這種發(fā)電機僅在轉(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%，因此效率相當高。為節(jié)省仿真時間，在模型中簡化轉(zhuǎn)速及偏移；分別是風機捕獲風能和風機向發(fā)電機傳遞的功率；分別是風機軸系角度和發(fā)電機轉(zhuǎn)子角度；ZCS是扭轉(zhuǎn)力矩系數(shù)；P是空氣密度；r是風機掃風面積半徑；V是風速；cp是風機效率系數(shù)，是葉尖速比5V =和槳矩角辦的鄧越性函數(shù)8.通過變速驅(qū)動的方式，可以實現(xiàn)對風機轉(zhuǎn)速的精確調(diào)整，從而在相當寬的范圍內(nèi)跟蹤最優(yōu)葉尖速比，保證風機以最優(yōu)效率運行。與此運行策略相適應(yīng)，通過槳矩角調(diào)整與變頻器控制相結(jié)合，風機能夠在次同步速、同步速和超同步速3種運行狀態(tài)中自由切換。如所示，槳矩角的調(diào)整可以通過比例-積分控制器實現(xiàn)，發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度作為反饋信號。

　　I亞洲：Arklow海上風電場與爰爾蘭電網(wǎng)的相互影響齒輪箱雷亞洲：Arklow海上風電場與爰爾蘭電網(wǎng)的相互影響速度反饋槳矩控制機理風電場與電網(wǎng)聯(lián)接3與電網(wǎng)聯(lián)接如所示，為把風電場的電能高效地輸送到愛爾蘭全國電網(wǎng)上，需要在Arklow淺灘上建立1個38kV升壓站，通過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之大，在低負荷期間會給風電場帶來有害的高電壓，因此，在變電站附近裝設(shè)一個靜止無功補償器（SVC），正常運行時吸收過的無功，緊急狀態(tài)下向系統(tǒng)（和風電場）提供動態(tài)的無功支持。

　　但是，SVC的補償容量與系統(tǒng)的電壓水平關(guān)系密切，當端電壓降低時，其輸出無功功率以平方關(guān)系減小。因此在系統(tǒng)故障期間，對風電機組的支持作用有限。

　　4算例分析在PSS/E動態(tài)仿真平臺上開發(fā)的變槳矩控制變速雙饋式異步風力發(fā)電機模型可以實現(xiàn)與PSS/E暫態(tài)仿真模塊的無縫聯(lián)接。

　　風電機轉(zhuǎn)速及槳矩角率的變化曲線。是風機角速度、發(fā)電機角速度以及槳矩角變化曲線。因為風電場3乓故障地點較遠，因此風機端電壓下降不多，得以從故障中順利恢復(fù)正常運行，而沒有脫網(wǎng)。

　　作為對比，分別在電網(wǎng)西部、南部和負荷中心QWin地區(qū)選取一個220kV變電站母線作為故障點，仿真結(jié)果如表1所示。雖然及時切除故障（150ms）可以避免同步發(fā)電機組失步，但是在其中3個地點發(fā)生單一故障的情況下，可能導(dǎo)致風力發(fā)電機端電壓過低而脫網(wǎng)。這3個故障點都在Dublin地區(qū)附近，因此在分析系統(tǒng)對Arklow風電場的影響時，需要詳細考慮Dublin及附近電網(wǎng)的情況。

　　4.125MW風電場Arklow―期風電場裝機容量25MW，7臺GE3.6MW風力發(fā)電機組互聯(lián)之后，經(jīng)38kV升壓變再通過海底電纜連接到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)生瞬時三相短路故障（麟約150ra），風力發(fā)電機組的端電壓及其輸出（或吸收）功表125MW風電場暫態(tài)穩(wěn)定性分析地區(qū)故障母線風電機同步發(fā)電機恢復(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