双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡模态对比分析.pdf

第４３卷第ｌ３期２０１５年７月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｖ０ｌ＿４３ＮＯ．１３Ｊｕ１．１，２０１５双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡模态对比分析王境彪，希望・阿不都瓦依提，晁勤，王一波，任娟，殷志敏，石涛（１．新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐８３００４７；２．中国科学院电工研究所，北京１００１９０）摘要：目前，风电并入交直流混合系统低频振荡模态研究未见文献报道。在ＰＳＡＳＰ中搭建了ＣＥＰＲＩ３６节点系统中含双馈风电场的纯交流系统和交直流混合系统的小信号稳定性分析的详细模型。对计及了风力机传动链、双馈发电机、变换器和直流输电动态模型及其控制策略，且直流系统运行在双极两端中性点接地、单极大地回线、单极金属回线、单极双导线并联大地回线四种不同接线方式下的小信号稳定性进行了仿真。从双馈风电场接入交流或交直流混合系统并参与有功或无功调度两种运行方式角度，采用模态分析法进行了电网区间和局部区域低频振荡模态对比分析。结果表明：双馈风电场接入交直流混合系统的低频振荡特性不仅与直流线路运行接线方式存在关联，而且受接入的风电场运行方式影响。与接入交流系统比较，接入交直流混合系统区间振荡的恶化程度变大、稳定裕度更差。关键词：交直流混合系统；双馈风力发电机；模态分析；低频振荡Ｍｏｄａｌｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｏｆＡＣａｎｄＡＣ／ＤＣｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｂｙＤＦＩＧ－ｂａｓｅｄｗｉｎｄｆａｒｍｓＷＡＮＧＪｉｎｇｂｉａｏ，ＸＩＷＡＮＧＡｂｕｄｕｗａｙｉｔｉ，ＣＨＡＯＱｉｎ，ＷＡＮＧＹｉｂｏ。，ＲＥＮＪｕａｎ，ＹＩＮＺｈｉｍｉｎ，ＳＨＩＴａｏ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｎｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｑｉ８３００４７，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｗ．ｔｈｅｍｏｄａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｏｆＡＣ／ＤＣｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｂｖＤＦＩＧ．ｂａｓｅｄｗｉｎｄｆａｒｍｓｈａｓｎｏｔｂｅｅｎｒｅｐｏｒｔｅｄｉｎｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ．ａｄｅｔａｉｌｅｄｐｕｒｅＡＣａｎｄＡＣ／ＤＣＣＥＰＲＩ３６ｎｏｄｅｓｓｙｒｓｔｅｍｗｉｍＤＦＩＧ．ｂａｓｅｄｗｉｎｄｆａｒｍｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎＰＳＡＳＰｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｏｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ．Ｗｉｔｈｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｄｒｉｖｅｄｒａｉｎ，ＤＦＩＧｍｏｄｅｌ，ｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ａｎｄＤＣｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｎｇｉｎｆｏｕｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｍｏｄｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｂｉｐｏｌａｒｎｅｕｔｒａｌｇｒｏｕｎｄｉｎｇａｔｂｏｔｈｅｎｄｓｍｏｄｅ，ｍｏｎｏｐｏｌｅｇｒｏｕｎｄｒｅｔｕｒｎｍｏｄｅ，ｍｏｎｏｐｏｌｅｍｅｔａｌｌｉｃｒｅｔｕｒｎｍｏｄｅａｎｄｍｏｎｏｐｏｌｅａｎｄｔｗｏｐａｒａｌｌｅｌｃｏｎｄｕｃｔｏｒｍｏｄｅｗｉｔｈｅａｒｔｈｒｅｔｕｒｎ．ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｉＳｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏｃａｌｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｓａｎｄｉｎｔｅｒ－ａｒｅａｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｓａｒｅｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｄｂｙＵＳｉｎｇｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｕｎｄｅｒｔｈｅｔｗｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓＯｆｗｉｎｄｆａｒｍｓｐａｒｔｉｃｉｐａｔｉｎｇａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇａｎｄｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｅｓｏｆｐｏｗｅｒｓｙｒｓｔｅｍｗｉｔｌ１ＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｗｈｅｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｂｖＤＦＩＧ．ｂａｓｅｄｗｉｎｄｆａｒｍｓａｒｅｎｏｔｏｎｌｙｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏ廿１ｅＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎ．ｂｕｔａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗｉｎｄｆａｒｍｓ．ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｔｏＡＣｓｙｓｔｅｍ．ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｏｆｉｎｔｅｒ．ａｒｅａｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｉｓｅｘｐａｎｄｅｄａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｍａｒｇｉｎｉＳｄｅｃｒｅａｓｅｄ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５１３６７０１６１ａｎｄＰｈ．Ｄ．ＰｒｏｇｒａｍｓＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．２０１２６５０ｌ１ｌ０００３）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄＡＣ／ＤＣｓｙｓｔｅｍ；ｄｏｕｂｌｙｆｅｄｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ；ｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ中图分类号：ＴＭ７１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－３４１５（２０１５）１３－００２３－０７０引言风力发电是可再生能源利用中最成熟、经济效基金项目：国家自然科学基金项目（５１３６７０１６）；国家教育部博士点基金（２０１２６５０１１１０００３）益最好的技术之一。风电的大规模并网，增加了电网发生低频振荡的风险【ｌ】。随着直流输电技术越来越多地应用于风电大规模外送［＿剐，风力发电由于其不同于常规同步发电的特点，风电场接入交直流混合系统后系统低频振荡模态特性如何是一个亟待回答的问题，而这方面的研究却鲜有报道。因此，研电力系统保护与控制究风电并网后对交直流混合系统的低频振荡特性的影响有着非常重要的意义。国内外学者已经对双馈风电机组及其接入电网后的系统低频振荡特性进行了研究。文献『９．１０］分析了双馈风电机组振荡模态，并研究了轴系参数、运行点、电网强度、端电压等对机组小干扰稳定性的影响；文献［１１］提出并建立了考虑电网频率变化因素的双馈风电机组的小信号模型，分析其在不同电网频率下的小干扰稳定性；文献【１２】基于李雅普诺夫原理分别建立了考虑了风机的机械特性、轴系传动特性、发电机电磁特性以及定、转子侧的控制特性的双馈风力发电机组小干扰稳定性模型，对比研究了双馈风电机组处于不同运行模式不同控制方法下的系统模态。但是这些研究侧重于双馈风电机组—本身的小干扰稳定性。文献［１３１８］论证了大规模风电接入系统后对系统阻尼特性的影响，但是上述文献并未考虑风电接入可能带来的潮流变化和风电场不同运行方式及其控制方式对系统低频振荡模态特性的影响。文献［１９］研究了工作在最大功率点跟踪模式以及含附加虚拟惯量控制的最大功率点跟踪模式下，双馈风电机组动力学特性对电力系统小干扰稳定的影响。文献［２０１的研究结果表明：双馈风电机组在三种不同的运行模式下接入电网时，其出力和机端电压控制环节对电力系统低频振荡模态特性的影响在趋势和程度上均具有明显差异；文献【２１】研究了风电场接入容量以及是否参与无功调度对系统区间、局部振荡模态以及风电机组轴系振荡模态的影响。但是这些分析都未计及直流线路及其运行接线方式给系统模态阻尼带来的变化，而这是风电大规模直流外送所必须考虑的问题。为了较全面分析风电接入交直流混合系统后电网区间、局部区域的低频振荡模态变化，本文在计及风力机传动链、双馈发电机、变换器和直流输电动态模型及其控制策略的情况下，分别建立了ＣＥＰＲＩ３６节点系统含双馈风电场的纯交流系统和交直流混合系统的小信号稳定性分析的详细模型；对双馈风电场并入纯交流和含直流输电的系统进行了仿真对比分析。当风电场参与有功或无功两种调度方式，直流系统分别运行在双极两端中性点接地、单极大地回线、单极金属回线、单极双导线并联大地回线四种不同接线方式下，对电网区间和局部区域低频振荡模态的影响差别很大，且与纯交流系统也不相同。１直流输电运行接线方式直流输电常见的四种运行方式分别是：双极两端中性点接地（以下简称：双极）、单极大地回线（单极地）、单极金属回线（单级金属）、单极双导线并联大地回线（单极双）。双极接线运行灵活方便，可靠性高，是大多数直流输电工程所采用的接线方式。当输电线路或换流站发生故障需退出运行时，可根据具体情况转为上述三种单极方式运行。它们的接线示意图如图１。１１Ｉｌ５５・｝ｌ、，＿ｌ（ｄ）单极双导线并联大地回线注：１为换流变压器；２为换流器；３为平波电抗器；４为直流输电线路；５为接地极系统；６为交流系统。图１直流输电系统接线示意图Ｆｉｇ．１ＤｉａｇｒａｍｏｆＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ２风电与交直流输电小信号模型及解算方法２．１风电机组与交流系统小信号模型双馈风力发电机组包含风力机传动链、双馈发电机、交．直．交变换器（转子侧变换器、直流电容、网侧变换器）及其控制器，其小信号模型已很成熟，在此略。同样，交流系统小信号模型也已很成熟，略。２．２直流系统小信号模型直流输电的暂态稳定分析中广泛采用了准稳态模型。本次研究在其基础上建立了基于直流输电系王境彪，等双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡模态对比分析警鎏定喜鎏鬈、亡控制的小３算例仿真验证信号模型，其对应的状态方程【２如式（１）。开¨皑—ｄ／—ｄ：一一Ｒ，一—ｋＲＶＲ—ｓｉｎａ＋．ｋｅＶ￣ｓｉｎｆｌｆｌ＋ｄｔＬＬＬ一誓＝去苎＝：一（）ｄｔＴ，鲁鲁一击一＋ｄ（ｘ２一）一…一＾ｄｔ‘ｒｖ２式中：下标尺、分别代表整流侧量、逆变侧量、：和、Ｋ：分别为定电流和定电压控制器比例增益；：、和：、ｒｖ，分别为定电流和定电压控制器比例增益；Ｘｌ、Ｘ２为控制环节中引入的中间状态变量；，＝ｃｏＬｅ，Ｌｄ是换流变压器等值电感；Ｌ＝＋Ｌ＋Ｌｅ，、、分别为直流线路、两端平波电抗器的电感；分别为滞后触发角和超前触发角。２．３风电接入交直流混合系统小信号模型风电接入交直流混合系统的小信号数学模型由同步电机：Ｘｓｇ＝［，，，，，］、直流励磁机励磁系统：Ｘｆ＝【Ｅ，ｑ，，，ｖＭ］、调速器：Ｘｔ＝［，，】、双馈风电机组：＝［ｅａｒ，，，，ｌ。ｓｑ，，，，，ｘ２，ｘ３，Ｘ４，ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，ｘｓ】、直流输电系统：Ｘｄ＝［，，Ｘ２，，、感应电动机负荷：Ｘｍ＝【Ｓ，，】口３Ｊ等组成，将这些状态变量构成的微分方程在平衡点附近进行线性化，可得含双馈风电场的电力系统小信号稳定性分析的线性微分方程为：（２）其中，为系数矩阵。２．４解算方法本次研究所要求解线型微分方程维数远小于“”１０００，不存在维数灾问题，采用电力系统分析综合程序（ＰＳＡＳＰ）中双位移ＱＲ法对微分方程式（２）进行计算获得系数矩阵的特征值。通过频率（０．２￣２．５ｎｚ）和机电回路相关比（Ｐ＞１）将对应的低频振荡模态及其振荡频率和阻尼遴选出来，观察其特性及变化情况。３．１仿真算例简介本文采用ＣＥＰＲＩ３６节点系统接入含双馈风电场的交直流混合系统进行低频振荡的仿真计算，其网架结构如图２所示。在ＢＵＳ２９处接入双馈风电场，它由若干台１．５Ｍｗ双馈风力发电机组构成，其详细参数见文献［１８】。假设风电场内每台风机的运行工况相同，用一台容量相等的双馈风电机组等值代替风电场。ＢＵＳ９、ＢＵＳ２１、ＢＵＳ２３、ＢＵＳ２９处有大型电动机负荷，在节点ＢＵＳ３３与节点ＢＵＳ３４之间分别接入直流线路与交流线路进行分析。其中直流输电系统的参数为：单极额定功率ＰＮ＝５００ＭＷ；额定直流电压＝２５０ｋＶ；线路双极运行时，两极参数完全一样。Ｋｏ１：０．００８４３：Ｋｏ：＝０．３７５；Ｋｖ１＝０．０１３４３：Ｋｖ２＝０．３７５；２＝３＝ｒｖ２＝Ｔｖ３０．０３；。３４１．６ｍＩ－Ｉ；ＬＲ＝Ｌｚ＝１５０ｍＨＩ＝０．１２ｐ．ｕ。交直流混合系统各元件模型状态变量为：同步电机８台４８阶；直流励磁机励磁系统７台２８阶；调速器６台１８阶；双馈风电机组１台１６阶；直流输电系统１个５阶；感应电动机负荷４台１２阶；因此仿真模型接入直流系统总的状态变量为１２７阶；不含直流时为１２２阶。Ｂ图２含双馈风电场的ＣＥＰＲＩ３６节点系统示意图Ｆｉｇ．２ＤｉａｇｒａｍｏｆＥＰＲＩ３６ｎｏｄｅｎｅｔｗｏｒｋｗｉｔｈＤＦＩＧ．ｂａｓｅｄｗｉｎｄｆａｒｍｓ３．２风电场不参与系统有功调度时的模态分析当风电场有功功率输出为１５０ＭＷ、无功功率输出为０Ｍｖａｒ时，交流接入和直流接入并且运行在双极两端中性点接地，频率为（０．２～２．５Ｈｚ）￣ｎ机电回路相关比（Ｐ＞１）时对应的低频振荡模态及其振荡频率和阻尼遴选结果见表１、表２。表１和表２表明：当ＢＵＳ３３与ＢＵＳ３４之间接入交流线路时，区间振荡模态机电回路相关比小；．２６一电力系统保护与控制阻尼比大于３％，属于强阻尼模态；当ＢＵＳ３３与ＢＵＳ３４之间接入直流线路且运行在双极两端中性点接地时，特征值实部为－０．０３２９０３，接近虚轴，区间振荡模态机电回路相关比大；阻尼比为０．６６６７４５％，属于弱阻尼模态，这意味着需要在相当长的时间后，该振荡才能被抑制。局部振荡交流接入和直流接入机电回路相关比和阻尼比基本相等，机电回路相关比大于１．９，阻尼比都大于６％。３．３风电场参与系统有功调度时的模态分析保持风电场无功功率输出为０Ｍｖａｒ，使风电场…的有功功率输出按２５Ｍｗ、５０Ｍｗ、、逐步增加到１５０ＭＷ（定无功，变有功），在ＢＵＳ３３与ＢＵＳ３４之间接入交流线路和直流线路且分别运行在双极、单极大地、单极金属和单极双接线方式下，系统低频振荡模态的变化轨迹如图３。表１交流接入时系统特征值与振荡模态Ｔａｂｌｅ１ＥｉｇｅｎｖａｌｕｅａｎｄｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｐｕｒｅＡＣｓｙ￣ｅｍ表２直流接入且运行在双极两端中性点接地时系统特征值与振荡模态Ｔａｂｌｅ２ＥｉｇｅｎｖａｌｕｅａｎｄｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆＡＣ／ＤＣｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍｗｈｅｎＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｐｅｒａｔｅｓｉｎｂｉｐｏｌａｒｎｅｕｔｒａｌｇｒｏｕｎｄｉｎｇａｔｂｏｔｈｅｎｄｓｍｏｄｅ◇◇７ｌ＜＞，……。◇’ｖｌＶ，一０．３—０．２—０ｌ００实部实部（ｂ）区间振荡１模态实部（ｃ）局部振荡２模态实部（ｄ）局部振荡３模态：２∞∞５５５５４４４鼯螳王境彪，等双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡模态对比分析实部（ｅ）局部振荡４模态◇△交流线双极单极大地０单极双＋单极金属图３风电场参与有功调度时系统低频振荡模态变化趋势Ｆｉｇ．３Ｃｈａｎｇｅ￣ｅｎｄｓｏｆａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｄｉｓｐａｔｃｈｏｎｔｈｅｌＯＷ．ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｓ由图３（ａ）可以看出，风电场参与有功调度导致潮流发生变化时，不论接入的是交流还是直流线路，区间振荡特征值都是随着风电场有功输出的增大而逐渐向虚轴靠近，区间振荡模态阻尼变小。当接入直流线路并且运行在单极双或单极金属方式下，低频振荡特征值甚至越过虚轴，表现出正实特征值，系统将会出现振荡失稳，显然风电场输出有功功率增大不利于抑制交直流系统区间的低频振荡，接入交直流系统后区间振荡稳定裕度变差了。由图３（１））～图３（ｅ）可以看出：无论接入的是直流线路还是交流线路，局部振荡的特征值都是随着有功输出增加在左半平面逐渐远离虚轴，系统模态阻尼变大。随着风电场有功功率输出线性增大，不论区间振荡还是局部振荡，模态阻尼的变化量都越来越小，且呈单调性。３．４风电场参与系统无功调度时的模态分析保持并网风电场有功容量为１５０ＭＷ，使风电场分别输出－６０Ｍｖａｒ、－４０Ｍｖａｒ、－２０Ｍｖａｒ、０Ｍｖａｒ、２０Ｍｖａｒ、４０Ｍｖａｒ、６０Ｍｖａｒ的感性无功功率，采用与风电场参与有功调度时相同的研究方法，获得了系统低频振荡模态的变化轨迹情况如图４。从图４（ａ）可以看出，与风电场参与有功调度时相同，当风电场无功输出不同导致潮流发生变化时，不论接入的是交流还是直流线路，区间振荡模态阻尼变小；同时随着风电场有功功率输出等增量增大，模态的变化量却越来越小。不同的是：不止单极双和单极地，当直流线路运行在单极金属方式时，系统特征根也越过虚轴，区间振荡模态下系统稳定裕度更低。从图４（ｂ）－图４（ｅ）可以看出：所有局部振荡模态阻尼得到改善；除了局部振荡４模态的变化不具有…………ｒ………。ｒ『¨……………一０．３Ｏ一０２５————０２００ｌ５０１００．Ｏ５０实部（ａ）区间振荡模态实部（ｂ）局部振荡１模态－◇／一—０６３００６２５０６２０——０．６１５０．６１０一Ｏ６０５实部（ｃ）局部振荡２模态实部（ｄ）区间振荡３模态实部（ｅ）区间振荡４模态◇△交流线双极单极大地０单极双＋单极金属图４风电场参与无功调度系统低频振荡模态变化趋势Ｆｉｇ．４Ｃｈａｎｇｅ￣ｅｎｄｓｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｄｉｓｐａｔｃｈｏｎｔｈｅｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌｍｉｏｎｍｏｄｅｓ∞加：２ｍ：兮如５５５５５４４４电力系统保护与控制单调性，而是经历了一个先减小后增大的过程外，其他三种局部振荡模态都是单调的，最终四种都向着实轴负方向运动。３．５各种直流接入方式和振荡模态下阻尼大小排序分析在直流线路的四种运行接入方式下，不论区问振荡还是局部振荡，变化轨迹具有极大的相似性；交流接入下的区间振荡模态变化轨迹与直流接入下的不完全相似，但局部振荡模态变化轨迹与直流接入下的也具有相似性。表３给出了５种接入方式对振荡模态的影响，①②表示有功调度，表示无功调度，表中内容１／１①②表示模态阻尼值在和情况下均最大，排名都为第１。其他内容概念相同。表３各种交直流接入方式下的模态阻尼大小排序表Ｔａｂｌｅ３ＳｉｚｅｏｒｄｅｒｔａｂｌｅｏｆｍｏｄａｌｄａｍｐｉｎｇｏｆｖａｒｉｏｕｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｏｆＡＣｏｒＡＣ／ＤＣｓｙｓｔｅｍ由表３可以看出，对于系统产生的某一种给定的低频振荡模态，风电场无论有功变化还是无功变化其模态阻尼值的排序都相等。区间振荡时交流阻尼值最佳，单极双导线并联大地回线阻尼值最差。局部振荡时，随着振荡模式不同，交流和直流双极处于最佳和最差位置。但无论振荡模式如何变化，单极双导线并联大地回线、单极大地回线、单极金属回线均具有共同的排名位置，分别排名第２、第３、第４。４结论本文通过分别建立含双馈风电场的纯交流与交直流混合系统的ＣＥＰ３６节点小信号模型，研究了风电场在两种不同运行方式下系统低频振荡模态变化情况。获得了以下结论：（１）相比于接入交流系统，双馈风电场接入交直流混合系统的区间振荡与发电机状态变量Ａｃｏ、Ａ６相关性更大。（２）不管风电场参与有功还是无功调度，相对于纯交流系统，交直流混合系统区间模态阻尼更小，稳定裕度更低。（３）不论接入的是交流还是直流线路，双馈风电场有功输出增大导致系统潮流发生变化时，所有模态阻尼的变化具有单调性，区间振荡阻尼特性变差，局部振荡阻尼逐渐变好；而当其从减少吸收感性无功变化到增大发出感性无功时，区间振荡阻尼也逐渐变差，局部振荡阻尼最终变好，但是部分局部振荡模态轨迹出现往复。（４）在风电场两种调度运行方式下，交流接入的模态变化轨迹与直流接入的不同，而在直流接入下的四种运行接线方式，变化轨迹具有极大的相似性；交流接入下的局部振荡模态变化轨迹与直流接入下的也具有相似性。（５直流线路单极运行的交直流混合系统，对于所有局部振荡，阻尼特性最好的是单极双导线并联大地回线，其次是单极大地回线，最差的是单极金属回线。在直流工程设计中，为改善交直流混合系统低频振荡特性，可以采用最合适的运行接线方式。本次研究数据详实，所获得的结论可为风电通过直流外送的电力系统低频振荡分析与安全稳定运行提供一定的参考。参考文献［１］何世恩，董新洲．大规模风电机组脱网原因分析及对策【Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１２，４Ｏ（１）：１３１．１３７，１４４．—ＨＥＳｈｉｅｎ，ＤＯＮＧＸｉｎｚｈｏｕ．Ｃａｕｓｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｌａｒｇｅｓｃａｌｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｔｒｉｐｐｉｎｇａｎｄｉｔｓｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（１）：１３１１３７，１４４．［２］王深哲，高山，李海峰，等．含风电接入的电网规划方案电能质量评估［Ｊ］．电工技术学报，２０１３，２８（８）：５６．６５．ＷＡＮＧＳｈｅｎｚｈｅ，ＧＡＯＳｈａｎ，ＬＩＨａｌｆａｎｇ，ｅｔａ１．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｉｎｇｒｉｄｐｌａｎｎｉｎｇｓｃｈｅｍｅｗｉｔｈｗｉｎｄｐｏｗｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２８（８）：５６－６５．［３］王毅，张祥宇，李和明，等．永磁直驱风电机组对系统功率振荡的阻尼控制［Ｊ］．电工技术学报，２０１２，２７（１２）：１６２．１７１．ＷＡＮＧＹｉ，ＺＨＡＮＧＸｉａｎｇｙｕ，ＬＩＨｅｍｉｎｇ，ｅｔａ１．—ＤａｍｐｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭＳＧｂａｓｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｆｏｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１２，２７（１２）：１６２－１７１．［４］朱星阳，张建华，刘文霞，等．风电并网引起电网电压波动的评价方法及应用【Ｊ］．电工技术学报，２０１３，２８（５）８８．９８．ＺＨＵＸｉｎｇｙａｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎｈｕａ，ＬＩＵＷｅｎｘｉａ，ｅｔａ１．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｉｎｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｃａｕｓｅｄｂｙｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｎｄｐｏｗｅｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２８（５）：８８－９８．［５］ＭＩＡＯＺｈｉｘｉｎ，ＦＡＮＬｉｎｇｌｉｎｇ，ＯＳＢＯＲＮＤ，ｅｔａ１．Ｃｏｎｔｒｏｌ王境彪，等双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡模态对比分析．２９．０ｆＤＦＩＧ．ｂａｓｅｄｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｏｉｍｐｒｏｖｅｉｎｔｅｒａｒｅａｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｄａｍｐｉｎｇ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００９，２４（２）：４１５－４２２．［６］郝正航，余贻鑫．双馈风电机组机电耦合与轴系稳定的分析与辨识［Ｊ］．电工技术学报，２０１１，２６（３）：１３４．１３９．ＨＡＯＺｈｅｎｇｈａｎｇ．ＹＵＹｉＸｉｎ．Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇａｎｄｓｈａｆｔｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｄｏｕｂｌｙ．ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１１，２６ｆ３）：１３４．１３９．［７］穆子龙，王渝红，彭灿，等．四川电网由高压直流输电引起的次同步振荡特性研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１３，４１（３）：２１・２５．ＭＵＺｉｌｏｎｇ，ＷＡＮＧＹｕｈｏｎｇ，ＰＥＮＧＣａｎ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙｏｎＳＳＯｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＳｉｃｈｕａｎｐｏｗｅｒｇｒｉｄｃａｕｓｅｄｂｙＨＶＤＣ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１３，４１（３）：２１－２５．［８］孙慧平，王西田，李秀君．高压直流输电动态相量模型的改进［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１３，４１（４）：２１．２５．ＳＵＮＨｕｉｐｉｎｇ．ＷＡＮＧＸｉｔｉａｎ．ＬＩＸｉｕｊｕｎ．ＩｍｐｒｏｖｅｄｄｙｎａｍｉｃｐｈａｓｏｒｍｏｄｅｌｏｆＨＶＤＣ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１３，４１（４）：２１２５．［９］ＹＡＮＧＬｉｈｕｉ，ＸＵＺｈａｏ，０ＳＴＥＲＧＡＡＲＤＪ，ｅｔａ１．ＯｓｃｉｌｌａｔｏｒｙｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆａＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ—ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２０１ｌ，２６（１）：３２８３２９．—［１０］ＭＥＩＦ，ＰＡＬＢ．Ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００７，２２ｒ３）：７２８．７３６．［１１］张志科．双馈风电机组小干扰稳定性分析及参与调频控制策略研究【Ｄ］．重庆：重庆大学，２０１３．ＺＨＡＮＧＺｈｉｋｅ．Ｓｍａｌ１．ｓｉｇｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐａｒｔｉｃｉｐａｔｉｏｎ￣ｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｆｏｒｄｏｕｂｌｙ．ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｄ］．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ：ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１３．［１２］魏巍，刘莹，丁理杰，等．改进的双馈风力发电系统小干扰模型［Ｊ］．电网技术，２０１３，３７（１０）：２９０４．２９１１．ＷＥＩＷｅｉ，ＬＩＵＹｉｎｇ，ＤＩＮＧＬ￣ｉｉｅ，ｅｔａ１．Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｓｍａｌｌｐｅｒｔｕｒｂ￣ｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｄｏｕｂｌｙｆｅｄｗｉｎｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，３７（１０）：２９０４．２９１１．［１３］关宏亮．大规模风电场接入电力系统的小干扰稳定性研究【Ｄ】．保定：华北电力大学，２００８．ＧＵＡＮＨｏｎｇｌｉａｎｇ．Ｓｔｕｄｉｅｓｏｎｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｉｎｒｅｓｐｅｃｔｏｆｌａｒｇｅｗｉｎｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ［Ｄ］．Ｂａｎｄｉｎｇ：ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００８．［１４］杨涛．大规模风电并网小干扰稳定性研究［Ｄ】．北京：华北电力大学，２０１０．ＹＡＮＧＴａｏ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１０．［１５］张亚廷．大规模风电接入对系统动态稳定影响机理分析研究［Ｄ］．济南：山东大学，２０１２．ＺＨＡＮＧＹａｔｉｎｇ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｌａｒｇｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｎｐｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｄｙｎａｍｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙ［Ｄ】．Ｊｉｎａｎ：ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２．［１６］ＳＬＯＯＴＷＥＧＪＧ．ＫＬ１ＮＧＷＬ．Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００３，６７（１）：９－２０．［１７］ＴＳＯＵＲＡＫＩＳＧ，ＮＯＭＩＫＯＳＢＭ，ＶＯＵＲＮＡＳＣＤ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｗｉｎｄｐａｒｋｓｗｉｔｈｄｏｕｂｌｙｆｅｄａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒ￣ｏｒｓｏｎｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００９，７９（１）：１９０－２００．［１８］李媛媛，邱跃丰，马世英，等．风电机组接入对系统小干扰稳定性的影响研究［Ｊ］．电网技术，２０１２，３６（８）：５０．５５．ＬＩＹｕａｎｙｕａｎ，ＱＩＵＹｕｅｆｅｎｇ，ＭＡＳｈｉｙｉｎｇ，ｅｔａ１．Ｉｍｐａｃｔｏｆｇｒｉｄ．ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｏｎｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｗｅｒｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３６（８）：５０－５５．［１９］石佳莹，沈沉，刘锋．双馈风电机组动力学特性对电力系统小干扰稳定的影响分析［Ｊ］．电力系统自动化，２０１３，３７（１８）：７－１３．ＳＨＩＪｉａｙｉｎｇ，ＳＨＥＮＣｈｅｎ，ＬＩＩＪＦｅｎｇ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｉｍｐａｃｔｏｆＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｍａｌｌｓｉｇｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０１３，３７（１８）：７－１３．［２０］杨黎晖，马西奎．双馈风电机组对电力系统低频振荡特性的影响［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１１，３１（１０）：１９．２５．ＹＡＮＧＬｉｈｕｉ，ＭＡＸｉｋｕｉ．Ｉｍｐａｃｔｏｆｄｏｕｂｌｙ，ｓｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｏｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１１，３１（１Ｏ）：１９－２５．［２１］李辉，陈宏文，杨超，等．含双馈风电场的电力系统低频振荡模态分析［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１３，３３（２８）：１７－２４．５．ＬＩＨｕｉ，ＣＨＥＮＨｏｎｇｗｅｎ，ＹＡＮＧＣｈａｏ，ｅｔａ１．Ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｌｏｗ．ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒ—ｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈＤＦＩＧｂａｓｅｄｗｉｎｄｆａｒｍｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ—ｔｈｅＣＳＥＥ，２０１３，３３（２８）：１７２４，５．［２２］赵婉君．高压直流输电工程技术［Ｍ】．２版．北京：中国电力出版社，２０１０：４－７２．［２３］王锡凡．现代电力系统分析ｆＭＩ．北京：科学出版社，２００３：３３４．３９Ｏ．收稿日期：２０１４－０９－２６；修回日期：２０１４－１２一Ｏ４作者简介：王境彪（１９９２－），男，硕士研究生，研究方向为风力发电并网技术；Ｅ．ｍａｉｌ：ｙｅｍａｉ９８４８７２７５８＠１６３．ｃｏｍ希望・阿不都瓦依提（１９６７－），男，通信作者，副教授，研究方向为多种可再生能源互补发电；晁勤（１９５９－），女，教授，博士生导师，研究方向为洁净能源发电并网技术，电力系统继电保护（编辑周金梅）