华电学者在大规模风电汇集系统电压不平衡机理研究上有新进展

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在新能源渗透率不断提高的具有背景下，风力发电凭借着无污染、可再生、装机灵活、运维成本低等优点，迅速在可再生能源发电领域占据重要位置。然而，我国风电集中并网地区往往具有电网结构薄弱、就地负荷小、并网点缺乏无功支撑等特点，易受风电功率时变性和强波动性的影响，容易出现并网地区电压不平衡问题，严重时会导致大量风机脱网，威胁电力系统的安全稳定运行。

根据国家标准GB/T15543要求，电力系统中风电汇集系统汇集母线的电压不平衡度长时间不超过2%，短时间不超过4%，因此，明确风电机组之间、风电机组与电网之间的相互作用对分析汇集母线电压不平衡的产生机理、找出电压不平衡的主导影响因素具有重要意义。

相较于传统的发生在低电压等级的配电网电压三相不平衡，风电汇集地区的三相电压不平衡主要发生在包括高压线路的风电汇集和送出系统，呈现时空多样性和变化特性，与风电场空间分布、风电出力等有强相关性。目前已有相关文献针对风电汇集系统电压不平衡产生机理及影响因素展开研究。然而，相关文献均将研究重点聚焦在输电线路参数、输电线路换位方式及负载参数等网侧因素，未分析风速、风电机组台数、风电场空间分布等源侧因素对电压不平衡的影响。

风电机组作为源侧结构的主要组成部分，其模型的精确建立是研究汇集母线电压不平衡机理分析的基础，其中，在三相不平衡背景下，基频负序阻抗模型尤为重要。在相关文献中，各学者分别建立了DFIG动态模型，逆变器的谐波导纳、阻抗模型，以及不平衡工况下风电机组的优化控制策略，均未进行详细的风电机组基频负序阻抗建模。

目前风电汇集系统电压不平衡问题虽然得到了一定的关注，但研究主要集中于线路、负荷等网侧因素对电压不平衡的影响，以及不平衡工况下风电机组的优化控制策略研究，对源侧因素尤其是风电机组自身的控制参数、出力情况、空间分布等对电压不平衡的影响关注较少，未能明确大规模风电汇集地区的三相电压不平衡机理。

为了分析风电汇集系统电压不平衡产生机理，新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）、国网冀北电力有限公司电力科学研究院的刘其辉、逄思敏、吴林林、刘辉、徐曼，在2022年第21期《电工技术学报》上撰文，以我国华北某风电汇集电网为研究对象，建立了计及网侧变流器（GSC）、机侧变流器（RSC）及锁相环（PLL）控制环节的双馈风力发电机（DFIG）的基频负序阻抗模型，并由单机模型推广至风电场集群基频负序阻抗模型；然后，基于实际风电汇集系统，构建风电汇集地区负序等效电路，剖析风电汇集地区电压不平衡机理，分析源、网侧主要因素对汇集母线电压不平衡的影响规律，在一定程度上填补了从源侧因素出发分析电压不平衡机理的研究缺口。

研究人员经过分析发现，增大DFIG的RSC电流控制环比例参数Krp，减小风电场运行风速，减少风电机组台数及减小系统的等值电抗值均会加剧汇集母线的电压不平衡度，而改变汇集母线之间的输电线路长度对不同汇集母线电压不平衡度的影响不同。

他们基于我国华北地区某典型风电汇集电网开展研究，得出的三相电压不平衡规律、影响因素等结论，对于研究其他高比例风电接入电网的三相不平衡问题具有一定的普适性参考价值。所提出的基于基频负序阻抗模型的分析方法，可为新能源接入电网的电能质量分析和治理提供理论基础。

本文编自2022年第21期《电工技术学报》，论文标题为“大规模风电汇集系统电压不平衡机理、因素及影响规律”。本课题得到国家电网公司科技项目的支持。

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