直驱风机并网系统次同步振荡机理与振荡源定位方法研究
摘要
随着直驱风电机组在电力系统中占比不断提高，次同步振荡问题已成为威胁电网安全稳定运行的关键因素。本文系统研究了直驱风机并网系统次同步振荡的产生机理与振荡源定位方法。首先，建立了直驱风机并网系统的小信号模型，通过特征值分析法揭示了直流电压控制时间尺度下的振荡机理，分析了电网强度、控制参数对振荡模式阻尼特性的影响规律。其次，基于暂态能量流理论，推导了直驱风机的暂态能量函数，阐明了耗散能量与系统阻尼特性的关联机理，提出了基于暂态能量流的振荡源定位方法。在MATLAB/Simulink平台搭建了直驱风机多机并网仿真系统，通过时域仿真验证了所提方法的有效性。研究表明，当系统处于弱电网条件且控制参数设置不当时，直流电压控制环与锁相环的交互作用可能引发负阻尼效应，导致次同步振荡；暂态能量流法能够准确定位振荡源机组，为振荡抑制措施的精准实施提供依据。
关键词：直驱风机；次同步振荡；小信号建模；特征值分析；暂态能量流；振荡源定位
1 引言
近年来，以风电为代表的新能源发电技术在全球范围内得到广泛应用。直驱永磁同步风机因其可靠性高、运维成本低、低电压穿越能力强等优势，在新建风电场中占据越来越大的比例。然而，随着直驱风电场大规模并网，国内外多次报道了与此相关的次同步振荡事件。2015年，中国新疆哈密地区直驱风电场发生了持续性的次同步振荡事故，造成大量风机脱网；美国德克萨斯州风电场也曾因风机与串补线路交互作用引发次同步振荡。这些事件表明，次同步振荡已成为制约风电消纳能力的关键技术问题。
次同步振荡是指振荡
