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FACTS控制器对含双馈式风力发电机的电力系统稳定性的影响N.Senthil Kumar*,J.GokulakrishnanB.S阿卜杜勒·拉赫曼大学电气与电子工程系（印度）摘要：不断增长的电力需求促使了新技术的进步，这些技术将对未来能源市场的大局产生重大影响。从环境约束的角度来看，并网型风电机在提高电力系统稳定性上很有前景。本文研究了FACTS控制器对含风能转换系统的电力系统稳定性的影响。本文的风力机采用变速双馈式感应发电机模型。对稳定性的评估最初是通过对比三相短路情况下不采用FACT控制器的电网和采用控制器的电网来进行的。本文通过动态仿真得到如下信息：（1）短路对感应发电机/风轮运行情况的影响（2）FACTS控制器的暂态额定值对提高感应发电机的转速稳定和同步发电机功角稳定性的影响。本文采用EUROSTAG来进行动态仿真。关键词：风能转换系统 双馈式风力发电机 柔性交流输电系统 转子角稳定性 转速稳定性1.引言随着电网之间的互联，人们发现各区域的的发电系统很容易产生电磁振荡。世界上很多地区的电网已经监测到了这些振荡。电能传输总量的增长只依靠现有的越来越脆弱的电网互联，负荷的特性也同时加重了产生同振荡的问题。这些振荡可能仅发生在单个发电机或者电站（本地振荡，1.0-2Hz）。或者牵连到不同区域的很多发电机（区域间模式振荡 0.2-0.8Hz?）。如果控制不当，这些振荡可能导致整体或部分的电力中断[1]。风能的发展对消费者和环境都是友好的，它的建设时间更短，成本更有竞争力。风能成为了最有竞争力的可再生能源。然而，风电也有它的不足。大多数的风电机是感应发电机。感应发电机在正常运行状况下会吸收无功功率。这可能会导致系统电压降低和动态不稳定[2]。现在有两种发电机被广泛应用：鼠笼式感应发电机和双馈式感应发电机。目前，人们采用双馈式异步感应机来进行动态仿真，因为它相对于定速异步机有很多优点：（i）更先进的能量捕获（ii）更好的电能质量（iii）更小的机械应力。对通过单机无穷大系统的动态稳定性研究是通过建立一个不同负载条件下的线性化电力系统模型[3]。文献[4]北欧电力系统中不同短时故障下的风轮的作用。文献[5]提出了恒速感应机的转速稳定的新的定义。这篇文章测试了并网型双馈式异步发电机的动态特性。文献[6]研究了的高风电穿透功率的电力系统振荡稳定性的影响。风能功率的振荡作用通过逐步取代系统中的同步发电机的功率产生的恒速或变速涡轮机的功率的研究。文献[7]提出了一种针对于所有四种工作模式下转子侧和网侧变流器的有效的降阶双馈式风力发电机模型。本文采用参考文献[7]中建立的转子侧电流控制器模型来控制DIFG。文献[8]讨论了风能转换系统中基于传输控制器的电压源变流器的应用。文献[9]讨论了应用含蓄电池储能装置的STATCOM来平滑含定速风机的风场的线功率。文献[10]讨论了应用PSS/E进行电压稳定性分析和采用SVC提高电压稳定性的大型海上风电场的模型。文献[11]研究了DFIG的动态响应和故障穿越特性。电网故障期间双馈机的动态响应是通过DIgSILENT来仿真和评估。当前的工作对象是研究FACTS控制器对含双馈式风力发电机的风电场接入的电力系统的动态特性的影响。系统动态稳定性的研究是用EUROSTAG软件通过有无FACTS控制器的情况下进行时域仿真来进行。采用如下的FACTS控制器进行动态仿真分析：（1）静止无功补偿器（SVC）（2）静止补偿器（STATCOM）（3）晶闸管控制串联电容器（TCSC）（4）统一潮流控制器（UPFC）本文结构如下：第2节建立了含FACTS控制器的电力系统和风力机模型；第3节介绍了系统发生三相瞬时故障下有无FACTS控制器的动态仿真结果；第4节介绍了实验结果并针对仿真结果进行讨论；第5节得出了结论。2.电力系统和风力机的建模通常我们对电力系统稳定性飞分析是通过采用一系列的微分和代数方程对电力系统建模，这些方程是：其中，x∈Rn是一个和发电机动态状态、负载以及其他控制器有关的状态向量。y∈Rm是一个和由小扰动（多数负载电压向量的幅值和相角）导致的稳态下的波动有关的代数向量。λ∈Rl是一系列的不可控参数，如负载的有功和无功功率的波动。p∈Rl是一系列的可控参数，如变压器的参数、AVR设置和FACTS的参考电压等。2.1 风轮机概念和建模通常来说，风轮机向旋转轴提供机械转矩，连在同一根轴上的发电机被控制发出电磁转矩。风轮机的能量和转矩方程如下：其中ρ为空气密度（1.22km/m3）；A为叶片的扫风面积（㎡）。Cp代表风轮效率的风能利用系数（捕获功率/风功率）。V为风速（m/s）；P为风轮机的输出功率；ω为风轮机的转速；λ为叶尖速比Vt/V，即叶尖的速度Vt比风接触叶片之前的速度V（m/s）。θ为以度数为单位的桨距角。附录