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大规模双馈风电场次同步振荡的成因分析
随着风电的快速发展，风电场与电网之间的互动越来越频繁，同时规模也越来越大。然而，在这个过程中，电力系统也对风电的接入提出了更高的要求。其中，双馈风电场作为一种常见的风电类型，其次同步振荡的风险也日益凸显。因此，本文将从成因分析的角度，探究大规模双馈风电场次同步振荡的本质。
一、双馈风电场的工作原理
双馈风电场是一种采用双馈异步发电机的风力发电系统。它既可以实现风电场输出式电流，也可以将风能转化为电能，并通过变流器向电网注入电力。其中，变速器是连接风机转子与双馈异步发电机的关键组件，它能使风机旋转速度随风速变化而改变。与功率其他类型的风电相比，双馈风电机有以下几个优点：
1.使风机可以在变化的风速下不断工作；
2.通过对变速器控制，可以使风机在最佳性能点工作；
3.可以在风速较低时就产生电力，并具有反馈控制功能。
因此，双馈风电场已经成为我国最主要的风力发电方式之一。
二、双馈风电场次同步振荡的概念
次同步振荡波动是电力系统中一种常见的稳定性问题之一，通常是指系统中两个发电机之间的电功率调节出现相互作用，导致两者在频率上的同步运动。在双馈风电场中，频率振荡的来源是因为转速误差小于或等于角频差所需的功率。因此，在风力充足、功率输出高的情况下，这种同步振荡波动很容易出现，会对电力系统的稳态甚至动态稳定性造成较大的影响。如果不及时调整，可能会导致整个系统失衡，甚至引发电力系统的运行事故。
三、双馈风电场次同步振荡的成因分析
1.功率逆变控制策略不当
在双馈风电场中，直流汇流条电容存储的能量越小，系统的初始动态响应就越大。因此，逆变器策略的设计应优先考虑减小电容存储能量，防止电容存储能量足够大时，可能导致次同步振荡的产生。具体策略包括：减小瞬态反应时间，增加控制低通滤波器的截止频率，使逆变电路模型更准确等。
2.风力波动产生过大
由于风速的快速变化和风机的响应时滞，风力波动将导致转子转速的瞬间变化。如果允许风速变化率大于转速变化率，将会导致风力波动向系统输出能量，逆变器的负载会变化，这不仅会引起变电站内的电压和电流波动，而且会产生次同步振荡。
3.控制系统缺陷
在双馈风电场中，由于存在大量的控制变量，例如转子位置、电流、电容电压等，如果控制系统设计不当或者存在缺陷，则可能导致振荡问题。例如，在一些设计中，增益被过度提高，这会对系统稳态、过渡时间和振荡平衡产生负面影响。此外，一些振荡控制方案中，频率、幅值和相位差调整不合理，也会导致系统振荡，并导致系统不稳定。
4.电力系统建模误差
为了进行工程分析和数据模拟，风电场通常对接入电网进行建模。由于电网复杂多变的特性，建模误差也可能对次同步振荡产生影响。建模误差主要包括：电压控制器误差、风速传感器误差、设备响应误差等。如果不及时发现并修正这些误差，它们会导致双馈风电机组的转速和电压波动。
四、结论
总而言之，双馈风电场次同步振荡问题是由多种因素共同作用导致的。为预防和解决次同步振荡问题，需要研究和改进双馈风电场系统的设计、控制策略和运行模式，提高其稳定性和可靠性。此外，合理的电力系统建模和精准的控制系统设计也是减少双馈风电机次同步振荡问题的关键因素。如果这些问题得不到有效解决，双馈风电场可能会陷入难以控制且潜在危险的状态。