文 | 劉國華，洪丹，孫素娟
“十二五”期間，國家政策開始鼓勵發(fā)展分散式風電項目，將數(shù)臺風電機組或數(shù)十兆瓦以內(nèi)的小型風電場直接接入配電網(wǎng)負荷中心附近，實現(xiàn)風電出力就地消納。該模式下風電接入點一般位于偏遠地區(qū)，配電網(wǎng)末端線路壓降和損耗較大，無功不足，若風電機組提供靈活的無功補償和電壓支撐作用，既能減輕配電網(wǎng)的無功負擔提升經(jīng)濟性，也有利于風電機組的穩(wěn)定運行。
當前無功補償控制研究以大型風電場應用為主，通常采用自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)分散式應用，涉及電網(wǎng)調(diào)度、風電場及風電機組單機控制等分層無功協(xié)調(diào)，最終通過調(diào)節(jié)風電場內(nèi)每臺風電機組輸出的無功功率來實現(xiàn)并網(wǎng)點定功率因數(shù)控制或無功功率調(diào)度指令跟蹤。由于風電機組與場級集控系統(tǒng)之間存在無功指令通信，受通信時滯與控制時間常數(shù)制約，風電機組對電網(wǎng)調(diào)度無功指令的響應時間至少為秒級。而分散式風電機組與負荷的電氣距離近，為維持負荷變化時的電壓恒定，需實現(xiàn)ms 級的動態(tài)無功補償。可見，將上述集控形式的無功控制系統(tǒng)應用于小型分散式風電場，在電壓響應速度、經(jīng)濟性和靈活性等方面有所欠缺。
本文針對分散式風電特點，提出采用無功電流的形式來表征雙饋風電機組無功能力，根據(jù)定轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱、變流器容量以及直流環(huán)節(jié)耐壓等條件限制計算獲得雙饋風電機組無功電流極限，可直接用于變流器控制的電流限幅設計；在變流器矢量控制的基礎(chǔ)上，提出帶下垂特性的機端電壓閉環(huán)控制策略，無需變流器模塊間的通訊，實現(xiàn)分散式風電機組自發(fā)的無功動態(tài)補償并保持機網(wǎng)側(cè)無功電流合理分配。
雙饋風電機組無功特性分析
一、雙饋風電機組功率—電流模型
雙饋風電機組的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1 所示，發(fā)電機定子與電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子側(cè)經(jīng)背靠背變流器接入電網(wǎng)，網(wǎng)側(cè)變流器維持直流電壓恒定，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器對發(fā)電機進行勵磁控制，實現(xiàn)有功無功獨立解耦和風電機組變速恒頻運行。圖1 中，Pm 為輸入機械功率；Ps 和Qs 為雙饋發(fā)電機定子側(cè)吸收的有功和無功功率；Pr 和Qr 為雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)從電網(wǎng)吸收的有功和無功功率；Pg 和Qg 為網(wǎng)側(cè)變流器吸收的有功和無功功率；PWTG 和QWTG 為雙饋風電機組吸收的全部有功和無功功率。忽略發(fā)電機的定轉(zhuǎn)子鐵耗和銅耗，各功率量滿足關(guān)系：
