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隨著電力電子技術(shù)發(fā)展和可再生能源綜合利用技術(shù)不斷發(fā)展，相應(yīng)政策支持和推動風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。串聯(lián)補(bǔ)償電容技術(shù)可減少線路損耗，提高線路傳輸容量，并增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，是一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸電成熟而經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，也是目前實(shí)現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電場功率外送的主要措施。

然而機(jī)遇與挑戰(zhàn)往往是并存的，風(fēng)電機(jī)組經(jīng)固定串補(bǔ)連接到電網(wǎng)時(shí)也面臨著發(fā)生次同步振蕩的威脅。2009年10月美國德州一處風(fēng)場發(fā)生了串補(bǔ)電容引起的次同步振蕩事故；2012年底我國華北地區(qū)某處風(fēng)場也發(fā)生了多起串補(bǔ)引發(fā)的次同步振蕩事故。由此，關(guān)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)次同步振蕩的問題也越來越受到國內(nèi)外相關(guān)科研人員的重視，但由于對其產(chǎn)生機(jī)理、分析方法和抑制措施等方面的研究仍處于起步階段，還需要做大量的仿真實(shí)驗(yàn)來提供有力驗(yàn)證和理論基礎(chǔ)。

先進(jìn)的數(shù)字模型仿真技術(shù)逐漸成為電力電子及電力系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域的重要研究手段。數(shù)字仿真機(jī)的使用可以有效的縮短開發(fā)周期、降低測試成本，并且模擬實(shí)際情況下難以實(shí)現(xiàn)的測試環(huán)境。為了有效的規(guī)避風(fēng)機(jī)串聯(lián)電容器補(bǔ)償引起次同步振蕩，上海科梁提出一套針對風(fēng)機(jī)串補(bǔ)次同步振蕩研究的微電網(wǎng)半實(shí)物仿真平臺。在RT-LAB的環(huán)境中搭建雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)串補(bǔ)線路接入無窮大系統(tǒng)的模型，結(jié)合PC多核分布式并行運(yùn)算技術(shù)和FPGA高速數(shù)字信號處理技術(shù)，減少了計(jì)算耗時(shí)，提高了仿真精度。該模型基于應(yīng)用層開發(fā)工具箱RT-EVENTS、RTE-Drive和模型實(shí)時(shí)解算器ARTEMIS，采用SSN解算方案解決了系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真所遇到的密集系統(tǒng)仿真解耦問題，可應(yīng)用于智能變電站、微電網(wǎng)等節(jié)點(diǎn)密集性的仿真系統(tǒng)，并可廣泛應(yīng)用于分析集群風(fēng)電場或大電網(wǎng)中次同步振蕩產(chǎn)生的原因及驗(yàn)證風(fēng)電場經(jīng)串聯(lián)電容器補(bǔ)償引起次同步振蕩問題。

項(xiàng)目要求：在單機(jī)無窮大系統(tǒng)-風(fēng)電場經(jīng)串聯(lián)補(bǔ)償引發(fā)次同步振蕩仿真模型

模型中仿真時(shí)間為10s，仿真步長為50μs，風(fēng)速為11m/s,無功初始值設(shè)置為0pu，單機(jī)無窮大系統(tǒng)中未接入串聯(lián)電容器補(bǔ)償時(shí)，系統(tǒng)仿真結(jié)果如下圖2、3所示：

圖2 風(fēng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子三相電壓仿真結(jié)果

圖3 風(fēng)機(jī)角速度、有功、無功、直流電壓仿真結(jié)果

從仿真波形中可以看出，模型中沒有串聯(lián)電容器補(bǔ)償時(shí)，系統(tǒng)在3s之后就已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，采集到的定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓、風(fēng)機(jī)的有功、無功、角速度、直流電壓值均達(dá)到預(yù)期效果；

在單機(jī)無窮大系統(tǒng)投入電容器補(bǔ)償?shù)姆抡婺Ｐ椭校O(shè)置4s后接入串聯(lián)電容為補(bǔ)償，6s串聯(lián)補(bǔ)償切除，補(bǔ)償容量為6e-4F，并對仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。

單機(jī)無窮大系統(tǒng)中接入串聯(lián)電容器補(bǔ)償時(shí)，系統(tǒng)仿真結(jié)果如下圖4、5所示：

圖4 串聯(lián)電容器補(bǔ)償后風(fēng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子三相電壓仿真結(jié)果

圖5 串聯(lián)電容器補(bǔ)償后風(fēng)機(jī)角速度、有功、無功、直流電壓仿真結(jié)果

從仿真結(jié)果中可以看出，當(dāng)系統(tǒng)在4-6S采用串聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，系統(tǒng)中定子側(cè)的電壓幅值、轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓幅值沒有發(fā)生變化，但是存在諧波現(xiàn)象；風(fēng)機(jī)側(cè)輸出的有功、無功、角速度、直流電壓值發(fā)生了變化，主要表現(xiàn)為幅值增加，頻率由原來的50Hz變?yōu)?0Hz左右；產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋L(fēng)電經(jīng)固定串補(bǔ)線路送出時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于轉(zhuǎn)子側(cè)變流器與固定串補(bǔ)之間相互作用，而引起了系統(tǒng)次同步振蕩。

經(jīng)過多次仿真實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相同的條件下，串聯(lián)補(bǔ)償容量越高，造成次同步振蕩的可能性越大。