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双馈风电场无功电压协调控制策略摘要：针对风能随机变化的特性以及双馈风力发电机动态无功调节能力随有功功率的变动而存在的波动性，提出一种新型的无功电压控制策略。
该策略首先基于风功率预测数据对电容器进行投切控制，进而分析双馈风机的ＰＱ关系曲线，并配合静止无功补偿器对风电场进行实时的功率调控，实现无功电压的控制。
该改进可显著提高并网点电压的合格率，减少电容器的投切次数。
实时风速扰动风电场系统的仿真结果验证了上述策略的正确性和有效性。
关键词：双馈感应发电机；协调控制；电容器投切；静止无功补偿器引言随着大规模风电的并网，风速的不确定性和波动性给电网的安全稳定运行和经济调度带来了一系列问题，无功电压问题就是其中最突出和最受关注的问题之一。
风电场并网点电压波动难以通过电容器或电抗器的投切得到有效平抑，文献[1]提出改善双馈风电场并网暂态电压稳定性的一般措施。
文献[2]研究了影响STATCOM电压调节器性能的诸多因素，在风电场升压站装设STATCOM能够增强双馈风电场的无功电压调节能力。
鉴于风电场的无功控制在保持电网电压稳定性，促进电网故障快速恢复具有重要作用。
因此，迫切需要深入研究双馈风电场的无功电压协调控制策略。
1无功电压协调控制策略的基本思路目前，双馈风电场的无功电压调控手段主要包括有载调压变压器、集中补偿电容器组、DFIG和动态无功补偿装置等。
并联电容器组和有载调压变压器（on-loadtapchanger,OLTC）等离散设备投切动作时限相对较长，只能实现阶跃性的分段控制，难以精确调节，可用于静态调控。
与之相比，DFIG以及SVC等动态设备具有快速调节能力，能迅速平抑风电场的无功电压波动，具有快速灵活的无功功率调节能力。
然而目前我国风电场中的DFIG通常情况下运行在恒功率因数方式下，导致其快速灵活的无功调节能力没有得到充分发挥。
所以，本文从双馈风电机组自身结构出发，研究其与无功补偿设备间的协调控制策略，同时可以保证风机运行的可靠性。
电网故障时风电场基于STATCOM的无功协调控制策略牛远方【摘要】为充分发挥双馈感应风力发电机组(DFIG)在电网故障时的无功功率调节能力,采用静止无功补偿器(STATCOM)进行补偿,建立风电场无功实时协调控制系统(CRRCS).CRRCS可通过监测电网故障状态、撬棍保护((crowbar)动作状态、风电机组运行状态及公共连接点(PCC)电压水平等信息,实时协调处理风电场各机组、STATCOM及PCC的无功电压控制策略.同时进一步采用故障时刻的极限功率控制模式,以降低crowbar动作概率,保障机组的无功功率调节能力.仿真分析证明,该方法可有效保证电网故障时DFIG的无功调节能力,并控制补偿单元及风电场,为电网提供无功和电压支撑,协助实现风电场的故障穿越运行.%To fully employ the reacctive power generation capability of DFIGs under grid faults,a coordinated real-time reactive power control system (CRRCS)for wind farms with a STATCOM was built.By monitoring slystem fault conditions,crowbar actions ,wind turbine operation status and voltage levels of the point of the common coupling (PCC),the CRRCS can coordinate the control of reactive power for the wind turbines,STSTCOM and PCC.In addition,by adoptiong of limit power control mode,the CRRCS can reduce the possibility of crowbar action and ensure the reactive power supply from DFIGs.Simulation results indicate that under grid faults the proposed system can secure the reactive power generation capability of DFIGs,provide reactive power and voltage supports for the system and realize fault ride-through of wind farms.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2011(044)003【总页数】5页(P11-15)【关键词】双馈风力发电机;撬棍保护;故障穿越;无功功率;风电场无功实时协调控制系统【作者】牛远方【作者单位】山东电力工程咨询院有限公司,山东,济南,250013【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言风电场无功电压调节是制约风电发展的重要问题之一，其中包括电网正常与故障时的无功电压控制［1-3］。
STATCOM与地区电压无功控制系统的协调控制黄小耘【摘要】静止无功补偿器STATCOM能增加系统动态无功,但现在STATCOM的控制并没有与地区电压无功控制AVC控制协调一致,没有充分发挥STATCOM的作用.首先提出了一个简单易行的STATCOM与AVC的协调控制策略,其基本原理是由AVC将电容器、电抗器的无功替代STATCOM的无功,即释放STATCOM的动态无功以备急需;然后是通过将STATCOM的无功输出引入AVC的控制变量中,用扣减STACOM无功输出之后的主变无功代替原来AVC的主变无功,实现了STATCOM与AVC的软协调.本策略能够最大限度的发挥STATCOM的作用,提高电网应对电压崩溃能力和电压合格率,并已在工程中实际应用.本策略能够最大限度地发挥STATCOM的作用,提高电网应对电压崩溃能力和电压合格率.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2015(027)009【总页数】5页(P64-68)【关键词】静止无功补偿器;地区电压无功控制系统;协调控制;动态无功【作者】黄小耘【作者单位】广东电网公司佛山供电局,佛山528000【正文语种】中文【中图分类】TM734电压是一个重要的电能质量参数，同时也是电网运行的重要参数。
调度员对电压无功控制的任务是要保证电力稳定可靠的输送，电力用户的电压在规定的范围之内，线损尽量的少。
总之，电压无功控制的目标是：①优化系统性能（如减少线损）；②提高电压稳定性，防止电压崩溃；③提高电能质量，提到电压合格率；④减少调度/集控员或变电站/发电厂运行人员的工作量；⑤帮助调度/集控员监视系统运行情况，及时发现问题；⑥提高电力系统的可靠性。
为了达到以上目的，通常的做法是尽量保持电压在接近高位运行，无功就地分层平衡。
电压-无功控制的手段是发电机电压和无功出力、电容器投退、变压器抽头升降。
发电机是连续无功源，以前一般由定端电压方式和定功率因素方式自动进行电压无功调节，近期由中调地区电压无功控制AVC（area voltage&var）系统对发电机励磁系统遥调方式进行全局电压无功控制。
ＤＯＩ：１０．７５００／ＡＥＰＳ２０１２１１１３６双馈风电场无功电压协调控制策略杨 硕，王伟胜，刘 纯，黄越辉，许晓艳（中国电力科学研究院，北京市１００１９２）摘要：针对大型风电场并网运行的电压稳定问题，研究了双馈风电场内多无功源在时间尺度上的动态响应配合和空间粒度上的物理分布特性，提出了一种综合考虑升压站集中动态无功补偿设备和双馈风电机组的无功电压协调控制策略。
该策略以在线实时监控数据为基础，采用基于过滤集合的原对偶内点法求解风电场无功电压多目标优化控制模型，能够在满足公共接入点电压控制指令的同时，使得集中动态补偿设备无功裕度更大，馈线上各风电机组的机端电压裕度更均衡。
对中国北方某风电场的仿真计算验证了所提控制策略的有效性。
关键词：双馈感应发电机；风电场；无功电压控制；多目标优化；内点法收稿日期：２０１２－１１－１５；修回日期：２０１３－０３－２８。
国家自然科学基金资助项目（５１２０７１４５）；国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２０１１ＡＡ０５Ａ１０１）；国家电网公司科技项目“风电集中接入弱端电网无功电压稳定控制策略研究”。
０ 引言随着风电穿透功率的增加，风速的随机变化和系统运行方式的改变等扰动会引起风电接入地区局部电网的电压波动，影响电力系统的安全稳定运行［１－２］。
中国和世界许多国家的电网运营商都制定了风电并网技术导则［３－５］，要求风电场在正常运行条件下能够调节公共接入点（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎｃｏｕｐｌｉｎｇ，ＰＣＣ）的无功功率和电压，平抑风速变化带来的电压波动，保证电网接入点的电压稳定。
考虑到双馈感应发电机（ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＤＦＩＧ）的无功输出受变流器容量限制，通常在升压站装设动态无功补偿设备，例如静止无功补偿器（ｓｔａｔｉｃ ｖａｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，ＳＶＣ）和静止同步补偿器（ｓｔａｔｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，ＳＴＡＴＣＯＭ）等，以增强双馈风电场的无功电压调节能力。
DFIG风电场与D-STATCOM无功协调控制研究李辉;冯翔【摘要】提出了一种利用配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)和双馈异步风电场(DFIG)对风电并网点进行无功协调控制的策略.该控制策略考虑了DFIG风电场的无功功率极限,结合D-STATCOM快速补偿的特点,将并网点的无功需求在两者之间进行合理分配,满足并网点快速、准确的无功补偿要求.仿真结果表明.由DFIG 风电场和D-STATCOM组成的联合无功控制系统可以根据该控制策略在风速波动以及电压跌落时实现无功补偿,校正功率因数,并能稳定并网点电压,保证系统的稳定性.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2015(048)009【总页数】6页(P128-133)【关键词】DFIG风电场;配电网静止同步补偿器(D-STATCOM);无功协调控制【作者】李辉;冯翔【作者单位】上海电力学院自动化工程学院,上海200090;上海电力学院自动化工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM614随着风电接入容量的不断增长，风电功率的随机变化势必会威胁到区域电网的电压稳定。
双馈感应发电机（doubly fed induction generator，DFIG）可以进行PQ解耦控制，DFIG风电场能够为区域电网提供电压支撑［1-5］，但双馈风电机组工作在非单位功率因数模式时会使得流过变流器的电流增大，机组运行的可靠性降低［6-7］，同时还会增加机组内部和集电线路上的有功损耗。
文献［8］提出在各台风电机组的无功功率不越限的前提下对系统的无功需求在机组间进行等比例分配；文献［9］通过在转子侧变流器和网侧变流器电流之间进行优化选择的方式来提高双馈风电机组的运行效率。
目前对于双馈风电场无功电压控制的研究主要集中在风电接入点的无功优化［10］和双馈风电机组的故障穿越上，文献［11］在充分考虑DFIG无功极限的前提下，建立了配电网的无功优化模型。
电力系统的无功功率状况决定了其电压稳定性，因此双馈风电场的电压控制方案应该充分考虑并网点的无功补偿状况。
双馈电机风电场无功功率分析及控制策略Reactive Power Analysis and Control of Doubly Fed Induction Generator Wind Farm哈尔滨工业大学电气工程系徐殿国，郎永强，张学广，马洪飞，Hadianmrei S.REmail: xudiang@摘要﹕提出一种双馈电机风力发电系统无功极限的计算方法，该方法以双馈电机风电系统的功率关系为基础，考虑了网侧变换器在其功率允许范围内的无功发生能力，系统动态无功极限为定子与网侧变换器的无功极限之和。
对双馈电机风电场在强电网无功调节中的应用进行了探讨，提出双馈电机风电场对当地用户进行就近无功补偿的策略，并给出相应的无功分配策略，包括风电场各风机之间以及单台风电机组定子和网侧变换器之间的无功分配原则。
双馈电机风电场在实现变速恒频优化运行的同时，充分发挥了风电机组和整个风电场的无功处理能力，使其参与所连电网的无功调节。
Abstract: A method is proposed to calculate the reactive power limit of DFIG (doubly fed induction generator) wind power generation system based on the power relationships of overall system. Considering the reactive power capacity of the grid side converter, total reactive power includes reactive power of both stator and the converter. Reactive power regulation application of DFIG wind farm in the grid has been studied. A reactive power compensation strategy for the local user using DFIG wind farm has been developed and the distribution algorithms of reactive power demand are given which includes that for distribution among DFIG wind power systems in the farm and that for distribution between stator and the grid side converter in one generation unit. With VSCF (variable speed and constant frequency) optimum operation of each generation unit, DFIG wind farm contributes to the reactive power regulation in the grid at its full reactive power capacity.关键词﹕风力发电；双馈电机；变速恒频；无功功率极限；无功补偿Keywords: wind power generation system; doubly fed induction generator; variable speed and constant frequency; reactive power limit; reactive power compensation1引言随着风电机组单机容量和风电场规模的增大，风力发电机与电网之间的相互影响越来越大。
双馈风力发电系统控制策略摘要：风力发电技术是我国新能源发电技术中的一种，随着现代化设备和技术的发展，它在世界各地得到了的广泛关注。
在实际运行中，风力发电基于自身的特点包括恒速恒频系统和变速恒频两大类。
文章中所提及的双馈风力发电系统采用的是双PWM背靠背交流器，可以对发电机发出的有功和无功功率加以调节。
但是，由于该项技术的运行关系到很多系统，运行复杂且难以控制。
因此，在运行过程中必须考量发电系统的多样性、时变性和强耦合性的特点，做好电压的调节与控制。
本文就基于双馈风力发电系统的实际使用情况，将其系统参与电网调节的能力作为参考目标，做好全面分析与研究，从而更好地发电。
关键词：双馈风力发电系统控制有效策略随着环境保护思想的日趋成熟，以及百姓生活质量的提高，我国对清洁能源的高效使用有了更深入的了解，风力发电作为其中的有效方法，能够改善能源结构、解决电力在偏远地区的使用问题，是新环境下人们关注的焦点。
近年来，我国的风力发电技术开始深入推广，世界上的很多地区都在纷纷投产使用大规模、大容量的风电场，可是由于气压、风力、温度、风速等方面的影响，输出的功率数值常常处于波动之中，如果达到一定的数值比例，甚至会产生负面的影响，造成电压闪变和频率不稳定的问题。
针对这样的现象，我国相关单位必须要做好双馈风力发电系统控制的研究工作，强化控制策略，从而防止出现风力发电问题，确保系统的正常运转。
一、双馈风力发电系统的概述随着技术的更新和设备的推广使用，双馈风力发电技术也发生了更改，传统的发电系统结构与新型的相比有很大的区别。
从发电机运行方式上进行考量，风力发电系统分为恒速恒频风力发电系统与变速恒频风力发电系统两大类。
目前，在设备中应用最广泛的主流机型是变速恒频风电机组，它的变频器容量小、造价低，可以实现变速恒频运行，优势非常明显。
双馈风力发电系统主要的构成部分则是风机系统和双馈发电系统，前者具有风能捕获和控制功率的功能，后者则能够将机械能转化为电能。
含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略赵晶晶;胡晓光;吕雪;符杨【摘要】为增强风电场并网点电压稳定性，提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STAT⁃COM间的无功电压协调控制策略。
电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时，根据双馈风机Crowbar保护投切状态，对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配，协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。
最后，在DIgSILENT／PowerFacto⁃ry 仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型，通过仿真验证该控制策略的有效性。
%To enhance the stability of the grid voltage with grid⁃connected wind farm, this paper analyzes the volt⁃age and reactive power control of wind farms, and a coordinated control strategy based on doubly fed wind turbine ( DFIG) and reactive power compensation equipment STATCOM is proposed. When the grid fault leads to different degrees of voltage sag, reactive power between DFIG and STATCOM can be allocated according to the Crowbar pro⁃tection status. By this way, DFIG grid⁃side converter and the stator side reactive power generation ability are fully utilized, providing more dynamic reactive power to the grid for voltage support during the system’ s fault. Thus the voltage at the point of common coupling ( PCC ) during the LVRT period of wind farm is controlled and transient voltage recovery process is sped up. Finally, the proposed coordinated control strategy is simulated with a DFIG wind farm with STATCOM in DIgSILENT/Power Factory, and the simulation results verify the effectiveness of the proposed scheme.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2016(035)010【总页数】6页(P17-22)【关键词】双馈风电机组;STATCOM;电压协调控制;Crowbar【作者】赵晶晶;胡晓光;吕雪;符杨【作者单位】上海电力学院电气工程学院，上海200090;上海电力学院电气工程学院，上海200090;上海电力学院电气工程学院，上海200090;上海电力学院电气工程学院，上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM464随着风电装机容量的不断增加，大规模风电并网运行对电网的调度和控制带来一定影响。
风电接入后电网的无功电压控制问题备受关注[1-3]。
近年来，可通过转子励磁电流调节实现有功、无功功率解耦控制的变速恒频双馈风电机组(Doubly Fed Induction Generator，DFIG)成为目前广泛应用的风电机型之一[4,5]。
随着风电在电网中所占比例的迅速提高，为保证电网电压跌落时风电机组不脱网运行，各国风电并网导则中对风电机组提出了具备低电压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)的要求，即在电网电压跌落时，风电机组应并网运行一段时间，而且还要求在故障期间风电机组向电网提供无功功率支撑[6-8]。
国内外学者就DFIG风电机组故障情况下的LVRT控制策略和暂态电压支持能力作了较多研究[9,10]。
目前，DFIG的LVRT主要通过改进变流器的控制策略和增加硬件控制电路两种方式来实现。
文献[11]通过采用DFIG转子侧换流器(RotorSide Converter，RSC)暂态电压控制与浆距角控制以实现风电机组的LVRT穿越能力，但仅利用了转子侧换流器的无功功率调节能力。
文献[12]提出了基于撬棒(Crowbar)保护的考虑无功电流分配的双馈风电机组LVRT控制策略，并利用DFIG转子侧换流器和网侧换流器(Grid Side Converter，GSC)共同向电网提供无功支撑。
当电网故障导致电压跌落较深时，Crowbar保护动作。
Crowbar保护投入期间，双馈感应发电机按感应电动机运行，需向电网吸收大量无功，仅靠DFIG网侧换流器向电网提供无功功率，无法支撑并网点电压快速恢复。
为确保风电机组连续运行及电网安全稳定，通常风电场还安装有动态无功补偿设备(如静止同步补偿器STATCOM等)[13,14]。
文献[15-17]研究了STATCOM对改善电压稳定性，促进电网故障后电压恢复的能力。
但文献[13-17]对电网故障导致Crowbar保护投入期间，风电场内DFIG转子侧和网侧换流器与STATCOM间的无功电压协调控制问题未进行研究。
本文对电网故障导致Crowbar保护投入期间，风电场内风机转子侧和网侧换流器与STATCOM间的无功电压协调控制进行了研究，提出了风电场LVRT期间DFIG 风电机组与动态无功补偿装置STATCOM间的无功功率分配原则及无功电压协调控制策略，从而促进故障后电网电压的快速恢复。
最后，在DIgSILENT/PowerFactory仿真软件中建立了风电机组和STATCOM控制模型，通过仿真验证了该控制策略的有效性。
在实际运行的风电场中，当发生较为严重的故障导致电压跌落较深时，为防止风机直流母线电压过高和限制转子电流，常采用在发电机转子侧装短接Crowbar电路[18-22]。
通过闭锁双馈感应发电机励磁换流器，同时投入转子回路的旁路保护装置(释能电阻)为转子侧电路提供旁路，限制励磁换流器的电流和转子绕组过电压，维持发电机不脱网运行。
DFIG投入Crowbar保护可以有效防止转子侧换流器过电流，一般在短路故障清除后立即切出Crowbar保护。
Crowbar电路投入期间，双馈感应发电机按感应电动机方式运行。
图1为含Crowbar保护的双馈风机组等值模型。
为促进电网故障后电压恢复，风电场LVRT期间，双馈风机RSC、GSC和无功补偿装置STATCOM间无功协调控制框图如图2所示。
双馈风机定子侧无功功率容量Qs_max、转子侧无功功率容量Qg_max可由定子侧有功功率Ps、双馈电机转差率s、定子漏抗Xs、励磁电抗Xm、转子侧变流器容许电流最大值Irmax、网侧换流器有功功率极限值Pg_max计算分析得出；系统调节电压需要提供的无功功率Qall_ref与电压控制点控制电压Uref实际电压U 相关并受风机无功功率能力Qall_max、Qall_min限制。
图2中，无功分配模块执行风电场内DFIG风电机组RSC、GSC及STATCOM间的无功功率分配并生成相应的无功功率控制信号Qs_ref、Qg_ref、Qsvg_ref。
具体分配原则如下。
考虑网侧换流器无功响应速度较快，优先利用DFIG网侧换流器无功功率。
当DFIG网侧换流器无功能力不能满足系统需求时，无功缺额根据Crowbar保护动作情况在DFIG定子侧及STATCOM之间进行分配。
Crowbar保护未动作时，先由定子侧再由STATCOM提供无功缺额；Crowbar保护动作时，定子侧不再受转子侧换流器控制，失去无功控制能力，则由STATCOM提供无功缺额。
无功功率分配流程如图3所示。
其中，Qs为DFIG定子侧无功功率，Qg为网侧换流器无功功率，Qsvg为STATCOM无功功率，Qall=Qs+Qg+Qsvg为系统提供的无功功率之和，Qsvg_max为STATCOM的无功容量极限值。
3.1 转子侧换流器控制DIgSILENT/Power Factory提供了 PWM 变频器模型，利用这一模型建立DFIG 转子侧换流器、网侧换流器与STATCOM控制模块。
DFIG转子侧换流器控制框图如图4所示。
转子侧换流器有功功率的参考值Ps_ref由最大风能跟踪模块得到，无功功率参考值Qs_ref由无功功率分配模块计算得出。
RSC采用外环功率、内环电流的双闭环控制策略，有功功率参考值Ps_ref与实际有功Ps的差值，无功功率分配模块分配给RSC的无功参考值Qs_ref与实际无功Qs的差值，分别经PI调节作为内环电流给定值ids_ref、iqs_ref。
内环电流参考值与实际值的差值经PI调节和坐标变换后作为PWM调制信号控制定子侧有功功率、无功功率输出信号Pmr与Pmi。
3.2 网侧换流器控制DFIG网侧换流器控制模型如图5所示。
GSC采用双闭环控制，直流母线电压参考值Udc_ref与实际值Udc之差经PI控制生成d轴电流分量参考值idg_ref,无功功率分配模块分配给GSC的无功功率参考值Qg_ref与实际值Qg之差经PI控制生成q轴电流分量参考值iqg_ref。
内环通过电流控制实现稳定变换器直流母线电压Ud和无功功率调节的作用。
3.3 STATCOM控制与双馈风机GSC控制方式相近，STATCOM采用双闭环控制。
STATCOM目的是利用无功功率进行电压调节，并维持直流母线电压稳定。
其无功功率参考值Qsvg_ref 由无功功率分配模块分配。
STATCOM通过功率外环、电流内环模式控制PWM变换器发生无功功率，与DFIG协调控制调节电网电压。
4.1 仿真系统在DIgSILENT/Power Factory仿真软件中搭建了IEEE三机九节点仿真系统，如图6所示。
同步发电机由18台额定功率5MV·A双馈风电机组组成的风电场替代。
DFIG转子侧换流器和网侧换流器容量为2MV·A。
STATCOM通过升压变压器连接到PCC母线，容量为25MV·A。
当双馈风电机组稳定运行在13.8m/s风速下，其有功功率稳定运行在1pu。
