雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)：穩(wěn)定性剖析與控制策略探究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球能源需求的持續(xù)增長以及對環(huán)境保護的日益重視，可再生能源的開發(fā)與利用已成為當(dāng)今能源領(lǐng)域的關(guān)鍵議題。在眾多可再生能源中，風(fēng)能憑借其清潔、可再生、分布廣泛等顯著優(yōu)勢，成為了各國重點發(fā)展的對象。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2024年前三季度，全國風(fēng)電新增裝機3912萬千瓦，同比增長16.8%，展現(xiàn)出強勁的發(fā)展態(tài)勢。雙饋風(fēng)電機組（DFIG）由于具有高效、可靠、經(jīng)濟等特性，在風(fēng)電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，成為目前主流的風(fēng)力發(fā)電機類型之一。然而，隨著風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴大以及并網(wǎng)距離的逐漸增加，傳統(tǒng)的交流輸電方式在雙饋風(fēng)電場并網(wǎng)過程中暴露出諸多問題。例如，長距離交流輸電線路會產(chǎn)生較大的有功功率損耗和無功功率需求，導(dǎo)致輸電效率降低；交流輸電系統(tǒng)的同步運行特性使得其在應(yīng)對電網(wǎng)故障和風(fēng)電功率波動時的穩(wěn)定性較差，容易引發(fā)電網(wǎng)電壓波動甚至系統(tǒng)崩潰等嚴(yán)重后果。在此背景下，柔性直流輸電（VSC-HVDC）技術(shù)應(yīng)運而生，并逐漸成為解決雙饋風(fēng)電場并網(wǎng)問題的關(guān)鍵技術(shù)手段。與傳統(tǒng)的基于晶閘管的電網(wǎng)換相換流器高壓直流輸電（LCC-HVDC）技術(shù)相比，柔性直流輸電技術(shù)采用全控型電力電子器件，具有響應(yīng)速度快、可控性強、能夠獨立控制有功功率和無功功率、無需交流電網(wǎng)提供換相電流、可向無源網(wǎng)絡(luò)供電等顯著優(yōu)勢。這些優(yōu)勢使得柔性直流輸電技術(shù)在雙饋風(fēng)電場并網(wǎng)中具有獨特的應(yīng)用價值，能夠有效提高風(fēng)電場的并網(wǎng)性能和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多變量、強耦合的非線性系統(tǒng)，其穩(wěn)定性受到多種因素的影響，如風(fēng)機的控制策略、柔直系統(tǒng)的控制方式、電網(wǎng)故障類型和程度、線路參數(shù)以及風(fēng)電場與電網(wǎng)之間的交互作用等。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或受到外界干擾時，可能會引發(fā)系統(tǒng)的振蕩甚至失穩(wěn)，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全可靠運行。因此，深入研究雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)的穩(wěn)定性分析與控制策略具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性：通過對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行深入分析，揭示系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定運行機理，為制定有效的控制策略提供理論依據(jù)，從而提高電力系統(tǒng)在正常運行和故障情況下的穩(wěn)定性，保障電力系統(tǒng)的安全可靠運行。優(yōu)化風(fēng)電場的運行性能：合理的控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)對雙饋風(fēng)電機組和柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)同控制，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，優(yōu)化風(fēng)電場的功率輸出特性，提高風(fēng)能的利用效率，降低風(fēng)電對電網(wǎng)的不利影響，實現(xiàn)風(fēng)電場的高效穩(wěn)定運行。推動新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展：隨著風(fēng)電裝機容量的不斷增加，解決雙饋風(fēng)電場并網(wǎng)問題對于促進新能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。本研究成果將為雙饋風(fēng)電場的工程設(shè)計、建設(shè)和運行提供技術(shù)支持，推動新能源產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展，助力實現(xiàn)全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著風(fēng)電行業(yè)的迅速發(fā)展，雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)技術(shù)成為了國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點，相關(guān)研究成果不斷涌現(xiàn)。在國外，許多科研機構(gòu)和高校對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)的穩(wěn)定性分析與控制進行了深入研究。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)1]通過建立詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型，對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性進行了分析，研究了系統(tǒng)參數(shù)對穩(wěn)定性的影響，并提出了基于特征值分析的穩(wěn)定性評估方法。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)2]針對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)在故障情況下的暫態(tài)穩(wěn)定性問題，提出了一種基于虛擬同步機控制的策略，通過模擬同步發(fā)電機的運行特性，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和抗干擾能力。此外，文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)3]從控制策略的角度出發(fā)，研究了如何優(yōu)化雙饋風(fēng)電機組和柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)同控制，以實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和功率的高效傳輸，提出了一種基于模型預(yù)測控制的協(xié)同控制算法，該算法能夠根據(jù)系統(tǒng)的實時狀態(tài)預(yù)測未來的運行情況，并提前調(diào)整控制策略，有效提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性。國內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究也取得了豐碩的成果。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)4]采用時域仿真的方法，對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)在不同工況下的穩(wěn)定性進行了分析，研究了風(fēng)速波動、電網(wǎng)故障等因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律，并提出了相應(yīng)的改進措施。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)5]針對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中存在的次同步振蕩問題，通過建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，運用模態(tài)分析方法揭示了次同步振蕩的產(chǎn)生機理，并提出了基于附加阻尼控制器的抑制策略，有效抑制了次同步振蕩，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)6]從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合實際項目案例，對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試和運行維護進行了研究，總結(jié)了工程實踐中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了參考依據(jù)。盡管國內(nèi)外在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)的穩(wěn)定性分析與控制方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足之處。例如，現(xiàn)有研究大多側(cè)重于單一因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，而對多因素耦合作用下的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析還不夠深入；在控制策略方面，雖然提出了多種控制方法，但部分方法在實際應(yīng)用中存在計算復(fù)雜、實時性差等問題，難以滿足工程實際需求；此外，對于雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)在不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行條件下的適應(yīng)性研究還相對較少，需要進一步加強。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析：深入研究系統(tǒng)在正常運行和故障情況下的穩(wěn)定性，建立精確的數(shù)學(xué)模型，全面考慮風(fēng)機、柔直系統(tǒng)以及電網(wǎng)之間的相互作用和耦合關(guān)系。通過小信號穩(wěn)定性分析，揭示系統(tǒng)的動態(tài)特性和潛在的不穩(wěn)定因素，確定系統(tǒng)的穩(wěn)定運行范圍和關(guān)鍵參數(shù)對穩(wěn)定性的影響規(guī)律；同時，開展暫態(tài)穩(wěn)定性分析，研究系統(tǒng)在遭受各種故障擾動時的暫態(tài)響應(yīng)特性，評估系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性水平。雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略研究：基于穩(wěn)定性分析結(jié)果，提出針對性的控制策略，以實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和優(yōu)化控制。一方面，優(yōu)化雙饋風(fēng)電機組的控制策略，如改進最大功率跟蹤控制算法，使其能夠在不同風(fēng)速條件下更高效地捕獲風(fēng)能，并增強對電網(wǎng)頻率和電壓波動的適應(yīng)性；另一方面，研究柔性直流輸電系統(tǒng)的控制方法，實現(xiàn)對有功功率、無功功率和直流電壓的精確控制，提高柔直系統(tǒng)的運行性能和可靠性。此外，還需設(shè)計有效的協(xié)同控制策略，加強雙饋風(fēng)電機組與柔性直流輸電系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)配合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，提高整個并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運行效率。案例分析與仿真驗證：選取實際的雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)工程案例，收集詳細(xì)的工程數(shù)據(jù)和參數(shù)，對所提出的穩(wěn)定性分析方法和控制策略進行實際應(yīng)用驗證。利用專業(yè)的電力系統(tǒng)仿真軟件，搭建精確的仿真模型，模擬系統(tǒng)在各種工況下的運行情況，包括正常運行、風(fēng)速波動、電網(wǎng)故障等。通過對仿真結(jié)果的深入分析，評估所提方法和策略的有效性和可行性，與實際工程數(shù)據(jù)進行對比驗證，進一步優(yōu)化和完善研究成果，為實際工程應(yīng)用提供可靠的技術(shù)支持和參考依據(jù)。1.3.2研究方法理論分析：運用電力系統(tǒng)分析、自動控制原理、電機學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論知識，建立雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行深入的理論分析。通過推導(dǎo)系統(tǒng)的狀態(tài)方程和傳遞函數(shù)，利用特征值分析、時域仿真等方法，研究系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定性機理，為控制策略的設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。仿真研究：借助Matlab/Simulink、PSCAD/EMTDC等專業(yè)電力系統(tǒng)仿真軟件，搭建雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型，對系統(tǒng)在不同工況下的運行特性進行全面的仿真分析。通過設(shè)置各種故障和擾動，模擬系統(tǒng)的實際運行情況，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)特性，評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制策略的有效性。仿真研究能夠快速、準(zhǔn)確地驗證理論分析結(jié)果，為研究工作提供直觀的數(shù)據(jù)支持和分析依據(jù)。案例研究：結(jié)合實際的雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)工程案例，深入了解工程的實際運行情況和存在的問題。通過對工程數(shù)據(jù)的收集、整理和分析，驗證所提出的穩(wěn)定性分析方法和控制策略在實際工程中的可行性和有效性。同時，從實際案例中總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，進一步完善研究成果，提高研究工作的實用性和工程應(yīng)用價值。二、雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)原理2.1雙饋風(fēng)力發(fā)電機工作原理雙饋風(fēng)力發(fā)電機（DFIG）在結(jié)構(gòu)上與繞線式異步電機相似，主要由定子、轉(zhuǎn)子、軸承系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)構(gòu)成。其定子和轉(zhuǎn)子均布置有對稱三相繞組，其中定子繞組與普通交流電機的定子繞組類似，直接連接到具有固定頻率的對稱三相電網(wǎng)上，由電網(wǎng)提供激勵；而轉(zhuǎn)子繞組則由可調(diào)節(jié)頻率的對稱三相電源進行激勵，通過集電環(huán)和電刷與外部的雙向背靠背IGBT電壓源變流器相連，實現(xiàn)與電網(wǎng)之間的能量交換。雙饋風(fēng)力發(fā)電機的核心優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)變速恒頻發(fā)電，這一特性打破了傳統(tǒng)機電系統(tǒng)必須嚴(yán)格同步運行的限制，使得原動機轉(zhuǎn)速不再受發(fā)電機輸出頻率的束縛，同時發(fā)電機輸出電壓和電流的頻率、幅值以及相位也不受轉(zhuǎn)子速度和瞬時位置的影響，實現(xiàn)了機電系統(tǒng)之間的柔性連接。其變速恒頻原理基于交流勵磁技術(shù)，通過改變轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率、幅值和相位，來調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和輸出功率，從而使發(fā)電機在不同風(fēng)速條件下都能保持穩(wěn)定的輸出頻率，實現(xiàn)高效的風(fēng)能捕獲和轉(zhuǎn)換。具體而言，當(dāng)電機定子對稱三相繞組由頻率為f_1的電網(wǎng)供電時，氣隙中會產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)速為n_1=\frac{60f_1}{p}（其中p為電機極對數(shù)）的基波旋轉(zhuǎn)磁場。此時，轉(zhuǎn)子由原動機（風(fēng)力機通過齒輪箱）帶動以轉(zhuǎn)速n_r旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子對稱三相繞組中施以頻率為sf_1（s為轉(zhuǎn)差率，s=\frac{n_1-n_r}{n_1}）的變頻電源，轉(zhuǎn)子中便會產(chǎn)生三相對稱電流，這些電流產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁勢相對于轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)差速度sn_1旋轉(zhuǎn)，而相對于定子則以同步轉(zhuǎn)速n_1旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子磁勢在氣隙中建立的基波旋轉(zhuǎn)磁場，會在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢（頻率為f_1），該電勢與外加至定子繞組中的電源電壓共同作用形成三相對稱電流，由此產(chǎn)生的定子基波磁勢同樣以同步轉(zhuǎn)速n_1旋轉(zhuǎn)。定轉(zhuǎn)子磁勢相對靜止，在氣隙中形成合成磁勢，該磁勢在氣隙中產(chǎn)生合成磁場，分別與定轉(zhuǎn)子繞組交鏈，在繞組中分別感應(yīng)電勢E_1、E_2（頻率為f_1）。在實際運行中，雙饋風(fēng)力發(fā)電機的運行狀態(tài)可分為亞同步、同步和超同步三種狀態(tài)。當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速n_r小于同步轉(zhuǎn)速n_1，即處于亞同步狀態(tài)時，電網(wǎng)通過變流器向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供交流勵磁，補償其轉(zhuǎn)差功率，此時定子向電網(wǎng)饋出電能；當(dāng)n_r等于同步轉(zhuǎn)速n_1時，發(fā)電機處于同步狀態(tài)，可看作普通的同步電機，變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁；而當(dāng)n_r大于同步轉(zhuǎn)速n_1，即處于超同步狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子回路通過變流器向電網(wǎng)饋出電能，同時定子回路也向電網(wǎng)饋出電能。為了實現(xiàn)對雙饋風(fēng)力發(fā)電機的有效控制，通常采用轉(zhuǎn)子側(cè)變流器（RSC）來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器一般采用雙閉環(huán)控制策略，即外環(huán)為功率環(huán)，內(nèi)環(huán)為轉(zhuǎn)子電流控制環(huán)。外環(huán)功率環(huán)根據(jù)有功功率、無功功率的給定值，結(jié)合當(dāng)前風(fēng)速和對應(yīng)的葉尖速比，通過調(diào)節(jié)器計算得出給定的轉(zhuǎn)速；內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)子電流控制環(huán)則將轉(zhuǎn)子電流經(jīng)調(diào)節(jié)器后輸出電壓控制量（調(diào)制波），再經(jīng)過空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）調(diào)制后產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，從而控制變流器的工作，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子勵磁電流的精確調(diào)節(jié)。通過這種控制方式，雙饋風(fēng)力發(fā)電機能夠根據(jù)風(fēng)速的變化實時調(diào)整自身的運行狀態(tài)，確保在不同工況下都能高效穩(wěn)定地運行，最大限度地捕獲風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換為電能，同時滿足電網(wǎng)對電能質(zhì)量和穩(wěn)定性的要求。2.2柔性直流輸電技術(shù)原理柔性直流輸電（VSC-HVDC）技術(shù)是一種基于電壓源換流器（VSC）、自關(guān)斷器件和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)的新型輸電技術(shù)。與傳統(tǒng)的基于電網(wǎng)換相換流器（LCC）的高壓直流輸電技術(shù)相比，柔性直流輸電技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，如可向無源網(wǎng)絡(luò)供電、能夠獨立控制有功功率和無功功率、不存在換相失敗問題、換流站間無需通信以及易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)等，使其在可再生能源并網(wǎng)、城市電網(wǎng)供電、異步電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。柔性直流輸電系統(tǒng)主要由換流站、換流變壓器、換流電抗器、交流濾波器和直流電容器等部分組成。其中，換流站是柔性直流輸電系統(tǒng)的核心部件，其作用是實現(xiàn)交流電與直流電之間的相互轉(zhuǎn)換。換流站中的電壓源換流器（VSC）采用了可關(guān)斷的全控型電力電子器件，如絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），通過對這些器件的高頻開關(guān)控制，實現(xiàn)對交流電壓的幅值、相位和頻率的精確調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對有功功率和無功功率的獨立控制。換流變壓器用于將換流器的交流側(cè)電壓與交流系統(tǒng)的電壓進行匹配，保證電壓源換流器能夠輸出最大的有功功率和無功功率；換流電抗器則是交流系統(tǒng)和電壓源換流器之間進行功率傳輸?shù)募~帶，它在很大程度上決定了換流器的功率輸送能力以及有功功率與無功功率的控制，同時也起到濾波的作用；交流濾波器用于濾除換流器輸出的交流電壓中的高次諧波，由于需要濾除的都是高次諧波，所以其體積和容量都較??；直流電容器作為電壓源換流器直流側(cè)的儲能元件，為換流器提供直流電壓，同時可緩沖系統(tǒng)故障時引起的直流側(cè)電壓波動，減少直流側(cè)電壓紋波并為受端站提供直流電壓支撐。電壓源換流器的工作原理基于PWM技術(shù)，通過調(diào)制波與三角載波比較產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，使VSC上下橋臂的開關(guān)管高頻開通和關(guān)斷，從而使橋臂中點電壓在兩個固定電壓+Ud和-Ud之間快速切換。經(jīng)過換流電抗器濾波后，得到網(wǎng)側(cè)的交流電壓。在假設(shè)換流電抗器無損耗且忽略諧波分量時，換流器和交流電網(wǎng)之間傳輸?shù)挠泄β蔖及無功功率Q分別為：P=\frac{U_{C}U_{S}}{X_{1}}sin\deltaQ=\frac{U_{C}U_{S}}{X_{1}}(cos\delta-\frac{U_{S}}{U_{C}})式中：U_{C}為換流器輸出電壓的基波分量；U_{S}為交流母線電壓基波分量；\delta為U_{C}和U_{S}之間的相角差；X_{1}為換流電抗器的電抗。從上述公式可以看出，有功功率的傳輸主要取決于\delta，無功功率的傳輸主要取決于U_{C}。通過對\delta的控制就可以控制直流電流的方向及輸送有功功率的大小，當(dāng)\delta>0，即U_{S}超前U_{C}時，換流器工作于整流狀態(tài)，從交流系統(tǒng)吸收有功功率；當(dāng)\delta<0，即U_{S}滯后U_{C}時，換流器工作于逆變狀態(tài)，向交流系統(tǒng)注入有功功率；當(dāng)\delta=0，換流器不傳輸有功功率，工作在靜止同步補償器（STATCOM）運行模式下。通過控制U_{C}就可以控制VSC發(fā)出或者吸收的無功功率，當(dāng)U_{S}-U_{C}cos\delta>0，換流器消耗無功功率；當(dāng)U_{S}-U_{C}cos\delta<0，換流器發(fā)出無功功率；當(dāng)U_{S}-U_{C}cos\delta=0，電壓源換流器工作于單位功率因數(shù)狀態(tài)，只傳輸有功功率而不發(fā)出或消耗無功功率。因此，VSC可以看成是一個無轉(zhuǎn)動慣量的電動機或發(fā)電機，幾乎可以瞬時實現(xiàn)有功功率和無功功率的獨立調(diào)節(jié)，實現(xiàn)四象限運行。在柔性直流輸電系統(tǒng)中，通常采用基于d-q軸的解耦控制策略來實現(xiàn)對有功功率和無功功率的精確控制。該控制策略的基本思想是將交流系統(tǒng)的三相電壓和電流通過派克變換轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)的d-q坐標(biāo)系下，在d-q坐標(biāo)系下，交流系統(tǒng)的電壓和電流可以表示為直流分量，從而實現(xiàn)對有功功率和無功功率的解耦控制。具體來說，通過控制交流電流的d軸分量i_y60ao4a來控制有功功率，控制q軸分量i_{q}來控制無功功率。在實際應(yīng)用中，通常采用雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)為功率環(huán)，用于控制有功功率、無功功率或直流電壓等；內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，用于控制交流電流的d軸分量和q軸分量，以實現(xiàn)對功率的快速跟蹤和精確控制。通過這種解耦控制策略，柔性直流輸電系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)電網(wǎng)的需求，實現(xiàn)對有功功率和無功功率的靈活調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。2.3并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與連接方式雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)主要由雙饋風(fēng)電場、柔性直流輸電系統(tǒng)以及交流電網(wǎng)三部分組成。雙饋風(fēng)電場作為電能的產(chǎn)生源，由多臺雙饋風(fēng)力發(fā)電機通過集電線路連接而成，實現(xiàn)風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)換；柔性直流輸電系統(tǒng)則承擔(dān)著將風(fēng)電場產(chǎn)生的電能高效、穩(wěn)定地傳輸?shù)浇涣麟娋W(wǎng)的任務(wù)，是整個并網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；交流電網(wǎng)作為電能的接收端，將柔性直流輸電系統(tǒng)輸送過來的電能分配到各個用戶，滿足社會的用電需求。在實際應(yīng)用中，雙饋風(fēng)電場與柔性直流輸電系統(tǒng)常見的連接方式主要有以下兩種：點對點連接方式：這是一種較為簡單直接的連接方式，如圖1所示。在該方式下，風(fēng)電場通過換流站與柔性直流輸電線路相連，然后直接將電能輸送到受端交流電網(wǎng)。這種連接方式結(jié)構(gòu)簡潔，易于實現(xiàn)和控制，適用于規(guī)模較小、距離受端電網(wǎng)較近的風(fēng)電場。在某小型海上雙饋風(fēng)電場項目中，風(fēng)電場裝機容量為50MW，采用點對點連接方式經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)。風(fēng)電場內(nèi)的雙饋風(fēng)機通過集電線路連接到風(fēng)電場側(cè)換流站，換流站將交流電轉(zhuǎn)換為直流電后，通過直流輸電線路輸送到陸地上的受端換流站，再由受端換流站將直流電轉(zhuǎn)換為交流電接入當(dāng)?shù)亟涣麟娋W(wǎng)。該項目運行穩(wěn)定，有效地將海上風(fēng)電輸送到陸地電網(wǎng)，為當(dāng)?shù)靥峁┝饲鍧嶋娔?。多端連接方式：隨著風(fēng)電場規(guī)模的不斷擴大以及多個風(fēng)電場的集中開發(fā)，多端連接方式得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。在多端連接方式中，多個風(fēng)電場可以通過各自的換流站與柔性直流輸電線路相連，形成一個多端直流輸電網(wǎng)絡(luò)，然后再將電能輸送到不同的受端交流電網(wǎng)。這種連接方式能夠?qū)崿F(xiàn)多個風(fēng)電場的聯(lián)合運行和電能的靈活分配，提高了輸電系統(tǒng)的可靠性和靈活性，適用于大規(guī)模風(fēng)電場群的并網(wǎng)。以某大型海上風(fēng)電基地為例，該基地包含多個雙饋風(fēng)電場，總裝機容量達(dá)到1000MW。采用多端連接方式，各個風(fēng)電場分別通過換流站接入柔性直流輸電網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同受端電網(wǎng)的需求，靈活分配電能，實現(xiàn)了風(fēng)電的高效送出和優(yōu)化配置，同時提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中，還需要考慮一些輔助設(shè)備和系統(tǒng)的配置，如交流濾波器、直流電抗器、控制系統(tǒng)等。交流濾波器用于濾除換流器產(chǎn)生的諧波，保證交流側(cè)電能質(zhì)量；直流電抗器則用于限制直流電流的變化率，提高直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性；控制系統(tǒng)則負(fù)責(zé)對雙饋風(fēng)電場、柔性直流輸電系統(tǒng)以及交流電網(wǎng)進行實時監(jiān)測和控制，確保整個并網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。這些設(shè)備和系統(tǒng)相互配合，共同構(gòu)成了一個完整、高效的雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)。綜上所述，不同的連接方式具有各自的特點和適用場景，在實際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)風(fēng)電場的規(guī)模、地理位置、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素綜合考慮，選擇最合適的連接方式，以實現(xiàn)雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行。三、穩(wěn)定性分析3.1穩(wěn)定性影響因素分析3.1.1風(fēng)機特性對穩(wěn)定性影響雙饋風(fēng)機的特性對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響，其中低電壓穿越能力、慣性特性及控制策略是三個關(guān)鍵方面。低電壓穿越能力是雙饋風(fēng)機在電網(wǎng)電壓跌落時保持并網(wǎng)運行的重要能力。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致電壓跌落時，若雙饋風(fēng)機不具備良好的低電壓穿越能力，可能會從電網(wǎng)中切除，從而引起功率突變，對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊。在某實際雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)項目中，曾發(fā)生因電網(wǎng)故障導(dǎo)致電壓驟降，部分雙饋風(fēng)機低電壓穿越能力不足，瞬間脫網(wǎng)，使得風(fēng)電場輸出功率大幅波動，進而引發(fā)柔性直流輸電系統(tǒng)直流電壓波動，嚴(yán)重威脅到整個并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。低電壓穿越能力不足還可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率波動，影響其他同步發(fā)電機的正常運行，甚至引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致大面積停電事故。慣性特性方面，雙饋風(fēng)機的慣性主要源于風(fēng)機的轉(zhuǎn)動部件，如葉片、輪轂和傳動軸等。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機具有較大的慣性，能夠在系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，通過自身的慣性作用對頻率波動起到一定的緩沖和調(diào)節(jié)作用。然而，雙饋風(fēng)機的慣性相對較小，在系統(tǒng)遭受擾動時，其轉(zhuǎn)速變化較為迅速，難以像同步發(fā)電機那樣為系統(tǒng)提供足夠的慣性支撐。這使得系統(tǒng)在應(yīng)對功率突變、負(fù)荷變化等情況時，頻率穩(wěn)定性面臨更大的挑戰(zhàn)。當(dāng)風(fēng)速突然變化或電網(wǎng)發(fā)生故障時，雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)速快速響應(yīng)，導(dǎo)致其輸出功率波動劇烈，若系統(tǒng)中雙饋風(fēng)機占比較大，這種功率波動可能會引發(fā)系統(tǒng)頻率的大幅振蕩，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。雙饋風(fēng)機的控制策略直接影響其運行性能和對系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。常見的控制策略包括最大功率跟蹤控制（MPPT）、有功無功解耦控制等。在最大功率跟蹤控制中，風(fēng)機通過調(diào)節(jié)葉片槳距角和轉(zhuǎn)子勵磁電流，以實現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，使風(fēng)機在不同風(fēng)速下都能保持較高的發(fā)電效率。然而，在某些工況下，如風(fēng)速快速變化或電網(wǎng)電壓波動時，最大功率跟蹤控制可能會導(dǎo)致風(fēng)機輸出功率的大幅波動，對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。當(dāng)風(fēng)速急劇增加時，MPPT控制會使風(fēng)機快速調(diào)整輸出功率，可能導(dǎo)致電網(wǎng)電壓和頻率的不穩(wěn)定。有功無功解耦控制則是通過對轉(zhuǎn)子勵磁電流的控制，實現(xiàn)雙饋風(fēng)機有功功率和無功功率的獨立調(diào)節(jié)。合理的有功無功解耦控制能夠使風(fēng)機根據(jù)電網(wǎng)需求靈活地調(diào)節(jié)無功功率輸出，為電網(wǎng)提供電壓支撐，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但如果控制策略設(shè)計不合理，如響應(yīng)速度過慢或參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，可能無法及時有效地調(diào)節(jié)有功和無功功率，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在電網(wǎng)電壓發(fā)生波動時，若有功無功解耦控制不能迅速調(diào)整風(fēng)機的無功功率輸出，可能會導(dǎo)致電壓進一步下降，加劇系統(tǒng)的不穩(wěn)定。雙饋風(fēng)機的低電壓穿越能力、慣性特性及控制策略相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同決定了雙饋風(fēng)機在并網(wǎng)系統(tǒng)中的運行性能和對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。在實際工程應(yīng)用中，需要綜合考慮這些因素，通過優(yōu)化風(fēng)機設(shè)計、改進控制策略等手段，提高雙饋風(fēng)機的性能，增強雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.1.2柔性直流輸電系統(tǒng)參數(shù)影響柔性直流輸電系統(tǒng)的參數(shù)對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用，其中換流器參數(shù)、直流線路參數(shù)及控制策略是主要的影響因素。換流器參數(shù)方面，換流器的等效電阻和等效電感是重要的參數(shù)。換流器的等效電阻會影響系統(tǒng)的功率損耗和電壓降落。當(dāng)?shù)刃щ娮栎^大時，在功率傳輸過程中會產(chǎn)生較大的功率損耗，導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低，同時也會使換流器交流側(cè)和直流側(cè)的電壓降落增加，影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。在某柔性直流輸電工程中，由于換流器等效電阻設(shè)計不合理，在滿負(fù)荷運行時，功率損耗明顯增大，直流電壓下降超過允許范圍，導(dǎo)致系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行。換流器的等效電感則對系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性有著重要影響。等效電感較大時，能夠抑制電流的快速變化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但同時也會使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢；而等效電感較小時，系統(tǒng)的響應(yīng)速度會加快，但可能會導(dǎo)致電流波動較大，增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。在系統(tǒng)發(fā)生故障時，較小的等效電感可能使換流器輸出電流迅速上升，超過設(shè)備的承受能力，從而引發(fā)設(shè)備損壞或系統(tǒng)失穩(wěn)。直流線路參數(shù)中，直流線路電阻和電感對系統(tǒng)穩(wěn)定性有著顯著影響。直流線路電阻會導(dǎo)致功率傳輸過程中的能量損耗，電阻越大，損耗越大，這不僅會降低系統(tǒng)的輸電效率，還可能導(dǎo)致直流電壓下降，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在長距離直流輸電線路中，電阻引起的功率損耗和電壓降落更為明顯，可能需要采取特殊的補償措施來維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。直流線路電感則主要影響系統(tǒng)的動態(tài)特性。電感能夠限制直流電流的變化率，在系統(tǒng)發(fā)生故障或受到擾動時，起到緩沖電流沖擊的作用，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但如果電感過大，會使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，不利于快速恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，過大的電感會使故障電流的切除時間延長，增加系統(tǒng)的故障持續(xù)時間，對系統(tǒng)設(shè)備造成更大的損害。柔性直流輸電系統(tǒng)的控制策略是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。常見的控制策略包括定直流電壓控制、定交流電壓控制、定有功功率控制和定無功功率控制等。在定直流電壓控制策略中，通過調(diào)節(jié)換流器的觸發(fā)角或調(diào)制比，使直流電壓保持在設(shè)定值附近。當(dāng)系統(tǒng)受到擾動導(dǎo)致直流電壓發(fā)生變化時，控制器會迅速調(diào)整換流器的工作狀態(tài)，以維持直流電壓的穩(wěn)定。這種控制策略能夠有效地保證直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，但在某些情況下，如交流系統(tǒng)故障或功率波動較大時，可能會對交流系統(tǒng)的電壓和頻率產(chǎn)生一定的影響。定交流電壓控制策略則是通過控制換流器的無功功率輸出，來維持交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。當(dāng)交流系統(tǒng)電壓下降時，換流器會增加無功功率輸出，提高交流系統(tǒng)的電壓水平；反之，當(dāng)交流系統(tǒng)電壓過高時，換流器會吸收無功功率，降低交流系統(tǒng)的電壓。這種控制策略對于改善交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性具有重要作用，但需要準(zhǔn)確地檢測交流系統(tǒng)的電壓變化，并及時調(diào)整換流器的控制參數(shù)，否則可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。定有功功率控制和定無功功率控制策略則分別用于控制柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率和無功功率傳輸，使系統(tǒng)能夠按照預(yù)定的功率計劃運行。這些控制策略在實際應(yīng)用中需要根據(jù)系統(tǒng)的運行條件和要求進行合理選擇和優(yōu)化，以實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效功率傳輸。柔性直流輸電系統(tǒng)的換流器參數(shù)、直流線路參數(shù)及控制策略相互作用，共同影響著雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)設(shè)計和運行過程中，需要綜合考慮這些參數(shù)和控制策略的影響，通過優(yōu)化設(shè)計和合理調(diào)整，提高柔性直流輸電系統(tǒng)的性能，確保整個并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。3.1.3電網(wǎng)特性及外部干擾影響電網(wǎng)特性及外部干擾對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著不容忽視的影響，其中電網(wǎng)強度、故障類型及風(fēng)速波動是主要的影響因素。電網(wǎng)強度是衡量電網(wǎng)對風(fēng)電場接入適應(yīng)性的重要指標(biāo)，通常用短路比（SCR）來表示。短路比越大，說明電網(wǎng)強度越強，對風(fēng)電場接入引起的功率波動和電壓變化的承受能力越強，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高。當(dāng)電網(wǎng)強度較弱時，風(fēng)電場接入后，電網(wǎng)的電壓和頻率容易受到風(fēng)電場功率波動的影響，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。在某弱電網(wǎng)地區(qū)，雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)后，由于電網(wǎng)短路比較小，當(dāng)風(fēng)電場功率發(fā)生波動時，電網(wǎng)電壓出現(xiàn)明顯的波動，甚至出現(xiàn)電壓崩潰的風(fēng)險。這是因為弱電網(wǎng)的無功儲備不足，無法有效補償風(fēng)電場功率波動引起的無功需求變化，導(dǎo)致電壓失穩(wěn)。故障類型對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響也十分顯著。常見的電網(wǎng)故障類型包括三相短路、兩相短路、單相接地短路等。不同類型的故障對系統(tǒng)的沖擊程度不同，其中三相短路故障的危害最為嚴(yán)重，會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓瞬間大幅下降，電流急劇增大，對雙饋風(fēng)電機組和柔性直流輸電系統(tǒng)的運行產(chǎn)生極大的挑戰(zhàn)。在發(fā)生三相短路故障時，雙饋風(fēng)電機組的定子電流和轉(zhuǎn)子電流會迅速增加，可能會超過機組的承受能力，導(dǎo)致機組損壞或脫網(wǎng)。同時，柔性直流輸電系統(tǒng)的換流器也會受到嚴(yán)重影響，可能會出現(xiàn)過流、過壓等故障，進而影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。兩相短路和單相接地短路故障雖然危害程度相對較小，但也會引起系統(tǒng)電壓和電流的波動，對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。風(fēng)速波動是風(fēng)電場運行中不可避免的外部干擾因素。由于風(fēng)能的隨機性和間歇性，風(fēng)速會不斷變化，導(dǎo)致雙饋風(fēng)電機組的輸出功率也隨之波動。這種功率波動會通過柔性直流輸電系統(tǒng)傳遞到電網(wǎng)中，對電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。當(dāng)風(fēng)速快速變化時，雙饋風(fēng)電機組的輸出功率可能會在短時間內(nèi)發(fā)生大幅度變化，這對柔性直流輸電系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)能力提出了很高的要求。如果柔性直流輸電系統(tǒng)不能及時跟蹤風(fēng)電場功率的變化，可能會導(dǎo)致直流電壓波動、交流側(cè)功率振蕩等問題，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。風(fēng)速波動還可能導(dǎo)致雙饋風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，進而影響機組的控制性能和運行穩(wěn)定性。當(dāng)風(fēng)速超過機組的額定風(fēng)速時，為了保護機組安全，需要通過調(diào)節(jié)葉片槳距角等方式限制機組的輸出功率，但在這個過程中，機組的動態(tài)特性會發(fā)生變化，可能會引發(fā)系統(tǒng)的振蕩。電網(wǎng)特性及外部干擾相互關(guān)聯(lián)，共同影響著雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在實際工程中，需要充分考慮這些因素的影響，通過加強電網(wǎng)建設(shè)、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計、提高控制策略的魯棒性等措施，提高系統(tǒng)對電網(wǎng)特性變化和外部干擾的適應(yīng)能力，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。三、穩(wěn)定性分析3.2穩(wěn)定性分析方法3.2.1小信號穩(wěn)定性分析小信號穩(wěn)定性分析是研究電力系統(tǒng)在微小擾動下能否保持穩(wěn)定運行的重要方法，其核心原理基于線性化理論。在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)各元件的動態(tài)特性和相互之間的耦合關(guān)系較為復(fù)雜，通過小信號穩(wěn)定性分析可以揭示系統(tǒng)在正常運行點附近的動態(tài)行為，判斷系統(tǒng)是否存在潛在的振蕩模式和不穩(wěn)定因素。小信號穩(wěn)定性分析的基本步驟如下：首先，建立雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的詳細(xì)數(shù)學(xué)模型，該模型應(yīng)全面考慮雙饋風(fēng)電機組、柔性直流輸電系統(tǒng)以及交流電網(wǎng)等各部分的動態(tài)特性，包括電機的電磁方程、機械方程，換流器的控制方程，以及電網(wǎng)的電路方程等。以雙饋風(fēng)電機組為例，其數(shù)學(xué)模型通?；谂煽俗儞Q建立在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，包括定子電壓方程、轉(zhuǎn)子電壓方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程和機械運動方程等。其次，在系統(tǒng)正常運行點處對數(shù)學(xué)模型進行線性化處理，將非線性的系統(tǒng)方程轉(zhuǎn)化為線性的狀態(tài)空間方程。這一過程通過泰勒級數(shù)展開實現(xiàn)，忽略高階無窮小項，得到系統(tǒng)在小擾動下的線性化模型。然后，求解線性化狀態(tài)空間方程的特征值，特征值包含實部和虛部，實部反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)實部小于零時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的，實部越大，系統(tǒng)的阻尼越大；虛部則對應(yīng)系統(tǒng)的振蕩頻率，虛部不為零時，系統(tǒng)存在振蕩模式。最后，根據(jù)特征值的分布情況對系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性進行評估，分析系統(tǒng)中不同振蕩模式的阻尼特性和振蕩頻率，確定對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大的關(guān)鍵因素。在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中，小信號穩(wěn)定性分析有著廣泛的應(yīng)用。通過分析系統(tǒng)的特征值，可以研究風(fēng)機控制參數(shù)、柔直系統(tǒng)控制參數(shù)以及電網(wǎng)參數(shù)等對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。改變雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的比例積分（PI）控制器參數(shù)，觀察特征值的變化，從而優(yōu)化控制器參數(shù)，提高系統(tǒng)的阻尼和穩(wěn)定性。分析柔性直流輸電系統(tǒng)中換流器的控制策略，如定直流電壓控制、定交流電壓控制等對系統(tǒng)特征值的影響，確定最優(yōu)的控制策略，以增強系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性。還可以利用小信號穩(wěn)定性分析來研究系統(tǒng)在不同運行工況下的穩(wěn)定性，如不同風(fēng)速、不同負(fù)荷水平等，為系統(tǒng)的運行調(diào)度提供依據(jù)。在風(fēng)速變化較大的情況下，分析系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性，提前采取措施，防止系統(tǒng)因風(fēng)速波動而失穩(wěn)。小信號穩(wěn)定性分析為雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究提供了重要的理論工具，通過深入分析系統(tǒng)的動態(tài)特性和關(guān)鍵參數(shù)對穩(wěn)定性的影響，能夠為系統(tǒng)的設(shè)計、控制和運行提供科學(xué)的指導(dǎo)，提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行水平。3.2.2暫態(tài)穩(wěn)定性分析暫態(tài)穩(wěn)定性分析是評估電力系統(tǒng)在遭受大擾動（如短路故障、突然甩負(fù)荷等）后，各同步電機能否保持同步運行，以及系統(tǒng)能否恢復(fù)到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的關(guān)鍵方法。在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中，暫態(tài)穩(wěn)定性分析對于保障系統(tǒng)在故障情況下的安全可靠運行具有至關(guān)重要的意義。暫態(tài)穩(wěn)定性分析的常用方法主要有時域仿真法和直接法。時域仿真法是目前應(yīng)用最為廣泛的暫態(tài)穩(wěn)定性分析方法，其基本原理是基于電力系統(tǒng)的微分方程和代數(shù)方程，通過數(shù)值積分的方法求解系統(tǒng)在大擾動后的動態(tài)響應(yīng)。在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中，運用時域仿真法進行暫態(tài)穩(wěn)定性分析時，首先需要建立包含雙饋風(fēng)電機組、柔性直流輸電系統(tǒng)和交流電網(wǎng)等各部分詳細(xì)模型的系統(tǒng)仿真模型。在雙饋風(fēng)電機組模型中，需考慮其電磁暫態(tài)過程、機械暫態(tài)過程以及控制策略的影響；柔性直流輸電系統(tǒng)模型則要涵蓋換流器的電力電子開關(guān)動作特性、控制算法以及直流線路的電氣特性等；交流電網(wǎng)模型應(yīng)包括同步發(fā)電機、變壓器、輸電線路和負(fù)荷等元件的動態(tài)特性。以某實際雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)工程為例，在建立仿真模型時，詳細(xì)考慮了雙饋風(fēng)電機組的低電壓穿越控制策略、柔性直流輸電系統(tǒng)的定直流電壓控制和定交流電壓控制策略，以及交流電網(wǎng)中同步發(fā)電機的自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的作用。然后，設(shè)定各種大擾動場景，如三相短路故障、單相接地短路故障等，在仿真模型中施加相應(yīng)的擾動，并利用數(shù)值積分算法（如歐拉法、龍格-庫塔法等）對系統(tǒng)的微分方程和代數(shù)方程進行求解，得到系統(tǒng)在擾動后的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等電氣量隨時間的變化曲線。通過分析這些曲線，可以直觀地了解系統(tǒng)在暫態(tài)過程中的動態(tài)響應(yīng)特性，判斷系統(tǒng)是否能夠保持暫態(tài)穩(wěn)定。若系統(tǒng)中各同步電機的功角在擾動后能夠逐漸趨于穩(wěn)定，且電壓、頻率等參數(shù)恢復(fù)到允許的范圍內(nèi)，則表明系統(tǒng)具有良好的暫態(tài)穩(wěn)定性；反之，若功角持續(xù)增大，或電壓、頻率出現(xiàn)大幅波動且無法恢復(fù)，則說明系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)。直接法是另一種重要的暫態(tài)穩(wěn)定性分析方法，其主要基于能量函數(shù)理論，通過構(gòu)造合適的能量函數(shù)來判斷系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中，直接法的應(yīng)用需要建立系統(tǒng)的能量函數(shù)模型，該模型通常包括雙饋風(fēng)電機組的動能、勢能，柔性直流輸電系統(tǒng)的電磁能量，以及交流電網(wǎng)的能量等。通過分析能量函數(shù)的變化情況，如能量的增減、平衡點的穩(wěn)定性等，來判斷系統(tǒng)在大擾動后的暫態(tài)穩(wěn)定性。直接法的優(yōu)點是計算速度快，能夠快速給出系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的判斷結(jié)果，適用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性評估。但其缺點是能量函數(shù)的構(gòu)造較為復(fù)雜，且對于復(fù)雜系統(tǒng)的準(zhǔn)確性有待進一步提高。在實際應(yīng)用中，通常將時域仿真法和直接法相結(jié)合，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)勢。利用時域仿真法獲取系統(tǒng)在暫態(tài)過程中的詳細(xì)動態(tài)響應(yīng)信息，同時運用直接法快速判斷系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的運行和控制提供全面、準(zhǔn)確的依據(jù)。在對某雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)進行暫態(tài)穩(wěn)定性分析時，首先采用直接法對系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進行初步判斷，確定系統(tǒng)可能存在的不穩(wěn)定區(qū)域；然后針對這些區(qū)域，運用時域仿真法進行詳細(xì)的仿真分析，深入研究系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性，找出導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)的關(guān)鍵因素，并提出相應(yīng)的改進措施，以提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。3.2.3諧波穩(wěn)定性分析在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中，諧波的產(chǎn)生是一個不可忽視的問題，其來源主要包括雙饋風(fēng)電機組和柔性直流輸電系統(tǒng)兩個方面。雙饋風(fēng)電機組產(chǎn)生諧波的主要原因在于其電力電子設(shè)備的應(yīng)用。雙饋風(fēng)電機組通過變頻器實現(xiàn)變速恒頻控制，變頻器中的電力電子開關(guān)器件在工作過程中會產(chǎn)生非正弦的電壓和電流波形，從而導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生。在某2MW雙饋風(fēng)電機組中，由于變頻器采用了脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，在開關(guān)頻率附近會產(chǎn)生一系列的諧波分量，這些諧波會注入到風(fēng)電場的電網(wǎng)中，對系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。電機本身的設(shè)計和制造缺陷也可能導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生，如電機的齒槽效應(yīng)會引起氣隙磁場的畸變，從而產(chǎn)生齒槽諧波。柔性直流輸電系統(tǒng)中的換流器是諧波產(chǎn)生的另一個重要來源。換流器通過控制電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)來實現(xiàn)交流電與直流電之間的轉(zhuǎn)換，在這個過程中，由于開關(guān)動作的非線性，會產(chǎn)生大量的諧波。在基于模塊化多電平換流器（MMC）的柔性直流輸電系統(tǒng)中，MMC的每個橋臂由多個子模塊組成，子模塊的投切控制會導(dǎo)致交流側(cè)和直流側(cè)出現(xiàn)諧波。交流側(cè)可能會產(chǎn)生與開關(guān)頻率相關(guān)的諧波，直流側(cè)則可能出現(xiàn)低次諧波和高頻紋波。換流器的控制策略也會對諧波的產(chǎn)生產(chǎn)生影響，不合理的控制策略可能會導(dǎo)致諧波含量增加。諧波對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著多方面的影響。諧波會增加系統(tǒng)的功率損耗，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱，降低系統(tǒng)的效率。在某柔性直流輸電工程中，由于諧波的存在，換流變壓器的銅損和鐵損明顯增加，變壓器的溫度升高，影響了其正常運行。諧波還會引起電壓畸變，降低電能質(zhì)量，可能導(dǎo)致設(shè)備誤動作。當(dāng)諧波電壓超過一定限度時，會使電機、電容器等設(shè)備的絕緣受到損害，縮短設(shè)備的使用壽命。諧波還可能與系統(tǒng)中的電感、電容等元件發(fā)生諧振，產(chǎn)生諧振過電壓和過電流，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。在某雙饋風(fēng)電場中，由于諧波與系統(tǒng)中的濾波電容發(fā)生諧振，導(dǎo)致電容電流急劇增大，最終使電容燒毀。為了分析諧波對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，需要采用合適的諧波穩(wěn)定性分析方法。常用的方法包括諧波潮流計算和頻域分析法。諧波潮流計算是在基波潮流計算的基礎(chǔ)上，考慮諧波源的作用，計算系統(tǒng)中各節(jié)點的諧波電壓和各支路的諧波電流。通過諧波潮流計算，可以了解諧波在系統(tǒng)中的分布情況，確定諧波對系統(tǒng)電壓和電流的影響程度。頻域分析法是將系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換到頻域，通過分析系統(tǒng)的頻率特性來研究諧波的穩(wěn)定性。在頻域分析法中，通常采用阻抗匹配原理，分析系統(tǒng)在不同頻率下的阻抗特性，判斷是否存在諧振條件。若系統(tǒng)在某一頻率下的阻抗呈現(xiàn)容性或感性，且與諧波源的阻抗相匹配，則可能發(fā)生諧振。針對諧波問題，可以采取一系列的抑制措施，如安裝濾波器、優(yōu)化控制策略等。濾波器可以分為無源濾波器和有源濾波器，無源濾波器通過電感、電容等元件組成的諧振電路來濾除特定頻率的諧波；有源濾波器則通過電力電子器件產(chǎn)生與諧波大小相等、方向相反的電流，來抵消系統(tǒng)中的諧波。優(yōu)化控制策略可以通過改進換流器和變頻器的控制算法，減少諧波的產(chǎn)生。采用先進的PWM控制技術(shù)，如空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM），可以降低諧波含量。四、控制策略研究4.1雙饋風(fēng)機控制策略4.1.1最大功率跟蹤控制最大功率跟蹤控制（MPPT）是雙饋風(fēng)機控制策略中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目的在于使雙饋風(fēng)機在不同風(fēng)速條件下，都能盡可能地捕獲最大風(fēng)能，從而提高發(fā)電效率。從原理上講，風(fēng)力機捕獲的風(fēng)能與風(fēng)速、葉片半徑以及風(fēng)能利用系數(shù)等因素密切相關(guān)。風(fēng)能利用系數(shù)是一個關(guān)鍵參數(shù)，它反映了風(fēng)力機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能的效率，并且是葉尖速比和槳距角的函數(shù)。葉尖速比是指葉片尖端線速度與風(fēng)速的比值，通過調(diào)整葉尖速比，能夠改變風(fēng)能利用系數(shù)，進而實現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲。在實際運行中，雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)速會隨著風(fēng)速的變化而改變，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率、幅值和相位，可實現(xiàn)對風(fēng)機轉(zhuǎn)速的精確控制，從而使葉尖速比保持在最佳值附近，以獲取最大風(fēng)能利用系數(shù)。在實現(xiàn)方式上，最大功率跟蹤控制通常采用多種方法。其中，基于葉尖速比的控制方法是較為常見的一種。該方法通過實時測量風(fēng)速和風(fēng)機轉(zhuǎn)速，計算葉尖速比，并將其與預(yù)先設(shè)定的最佳葉尖速比進行比較。根據(jù)比較結(jié)果，調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流，以改變風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使葉尖速比趨近于最佳值。在某雙饋風(fēng)電場中，采用基于葉尖速比的最大功率跟蹤控制方法，當(dāng)風(fēng)速為8m/s時，通過控制系統(tǒng)調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使葉尖速比保持在7.5左右，此時風(fēng)能利用系數(shù)達(dá)到最大值，風(fēng)機輸出功率也達(dá)到該風(fēng)速下的最大值。另一種常用的實現(xiàn)方式是基于功率信號反饋的控制方法。該方法通過檢測風(fēng)機的輸出功率，當(dāng)風(fēng)速變化時，風(fēng)機輸出功率會隨之改變?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)功率變化情況，自動調(diào)整風(fēng)機的運行狀態(tài)，使輸出功率始終保持在最大值附近。當(dāng)檢測到風(fēng)機輸出功率下降時，控制系統(tǒng)會增加轉(zhuǎn)子勵磁電流，提高風(fēng)機轉(zhuǎn)速，以增加風(fēng)能捕獲量，從而使輸出功率回升到最大值。這種方法不需要直接測量風(fēng)速，減少了風(fēng)速測量誤差對控制效果的影響，具有較強的適應(yīng)性和可靠性。在實際應(yīng)用中，為了提高最大功率跟蹤控制的性能，還可以采用一些改進的算法和技術(shù)。例如，采用智能控制算法，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的風(fēng)速環(huán)境，提高控制的精度和響應(yīng)速度。將模糊控制算法應(yīng)用于雙饋風(fēng)機的最大功率跟蹤控制中，通過建立模糊規(guī)則，根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)機轉(zhuǎn)速等輸入量，自動調(diào)整控制參數(shù)，使風(fēng)機能夠更快速、準(zhǔn)確地跟蹤最大功率點。采用多變量協(xié)同控制技術(shù)，將最大功率跟蹤控制與其他控制策略（如無功功率控制、低電壓穿越控制等）相結(jié)合，實現(xiàn)對雙饋風(fēng)機的綜合優(yōu)化控制，進一步提高風(fēng)機的運行性能和穩(wěn)定性。最大功率跟蹤控制對于提高雙饋風(fēng)機的發(fā)電效率和運行性能具有重要意義。通過合理選擇控制方法和優(yōu)化控制策略，能夠使雙饋風(fēng)機在不同風(fēng)速條件下都能高效穩(wěn)定地運行，為雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的可靠運行提供有力保障。4.1.2低電壓穿越控制低電壓穿越控制是保障雙饋風(fēng)機在電網(wǎng)電壓跌落時穩(wěn)定運行的關(guān)鍵策略，其重要性不言而喻。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致電壓跌落時，若雙饋風(fēng)機不能有效應(yīng)對，可能會從電網(wǎng)中切除，引發(fā)功率突變，對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重沖擊。在控制策略方面，目前主要有改進型矢量控制策略和撬棒（Crowbar）電路保護策略等。改進型矢量控制策略是在傳統(tǒng)矢量控制的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化。傳統(tǒng)矢量控制通過對雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子電流的控制，實現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦調(diào)節(jié)。然而，在電網(wǎng)電壓跌落時，定子磁鏈會發(fā)生變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流急劇增加，可能損壞設(shè)備。改進型矢量控制策略通過引入定子磁鏈動態(tài)變化的前饋補償項，對轉(zhuǎn)子電流控制器進行改進。當(dāng)檢測到電網(wǎng)電壓跌落時，控制系統(tǒng)迅速計算出定子磁鏈的變化量，并將其作為前饋補償信號加入到轉(zhuǎn)子電流控制器中。這樣可以有效抑制轉(zhuǎn)子電流的過流現(xiàn)象，使雙饋風(fēng)機在電壓跌落期間能夠保持穩(wěn)定運行。在某雙饋風(fēng)電場的實際運行中，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落20%時，采用改進型矢量控制策略的雙饋風(fēng)機，其轉(zhuǎn)子電流能夠被有效限制在額定值的1.5倍以內(nèi)，風(fēng)機繼續(xù)穩(wěn)定運行，為電網(wǎng)提供一定的功率支撐。撬棒（Crowbar）電路保護策略則是通過硬件電路來實現(xiàn)低電壓穿越。Crowbar電路主要由功率電阻和晶閘管組成，并聯(lián)在雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器上。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，檢測電路迅速檢測到電壓變化，并觸發(fā)Crowbar電路。晶閘管導(dǎo)通，將功率電阻接入轉(zhuǎn)子回路，消耗轉(zhuǎn)子側(cè)的過電壓和過電流，從而保護變流器不受損壞。在電壓跌落期間，風(fēng)機的運行模式會發(fā)生改變，暫時放棄最大功率跟蹤控制，以維持自身的安全穩(wěn)定運行。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，Crowbar電路退出工作，風(fēng)機重新恢復(fù)到正常的運行狀態(tài)。在某海上雙饋風(fēng)電場項目中，當(dāng)遭遇電網(wǎng)電壓瞬間跌落50%的嚴(yán)重故障時，Crowbar電路迅速動作，成功保護了變流器，使風(fēng)機在故障期間保持并網(wǎng)運行。待電網(wǎng)電壓恢復(fù)后，風(fēng)機能夠快速恢復(fù)正常發(fā)電，保障了風(fēng)電場的持續(xù)穩(wěn)定運行。除了上述兩種主要策略外，還可以結(jié)合其他技術(shù)手段來進一步提高雙饋風(fēng)機的低電壓穿越能力。采用儲能裝置，在電網(wǎng)電壓跌落時，儲能裝置釋放能量，為雙饋風(fēng)機提供額外的功率支持，幫助風(fēng)機維持穩(wěn)定運行。在某內(nèi)陸雙饋風(fēng)電場中，配置了一定容量的鋰電池儲能系統(tǒng)。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，儲能系統(tǒng)迅速向風(fēng)機供電，補償了風(fēng)機因電壓跌落而減少的輸出功率，使風(fēng)機能夠平穩(wěn)度過電壓跌落期，有效提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。優(yōu)化風(fēng)機的控制參數(shù)和算法，提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和魯棒性，也有助于提升雙饋風(fēng)機在電壓跌落情況下的運行性能。4.2柔性直流輸電系統(tǒng)控制策略4.2.1定有功功率和定無功功率控制定有功功率和定無功功率控制是柔性直流輸電系統(tǒng)中至關(guān)重要的控制策略，其核心原理基于對換流器輸出電壓的精確調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)對有功功率和無功功率的獨立控制。在定有功功率控制方面，根據(jù)功率傳輸公式，有功功率主要取決于換流器輸出電壓與交流系統(tǒng)電壓之間的相角差。通過調(diào)節(jié)換流器觸發(fā)脈沖的相位，改變換流器輸出電壓的相位，進而調(diào)整相角差，實現(xiàn)對有功功率的精確控制。在某柔性直流輸電工程中，當(dāng)需要增加有功功率傳輸時，控制系統(tǒng)會適當(dāng)增大換流器輸出電壓與交流系統(tǒng)電壓之間的相角差，使有功功率按照預(yù)定值傳輸。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷增加，需要從風(fēng)電場獲取更多電能時，通過調(diào)整換流器控制策略，增大相角差，提高柔性直流輸電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送的有功功率。定無功功率控制則主要通過調(diào)節(jié)換流器輸出電壓的幅值來實現(xiàn)。無功功率與換流器輸出電壓幅值和交流系統(tǒng)電壓幅值的差值密切相關(guān)。當(dāng)需要發(fā)出無功功率時，控制系統(tǒng)會提高換流器輸出電壓的幅值，使其大于交流系統(tǒng)電壓幅值，從而使柔性直流輸電系統(tǒng)向交流系統(tǒng)注入無功功率，起到提高交流系統(tǒng)電壓的作用；反之，當(dāng)需要吸收無功功率時，降低換流器輸出電壓的幅值，使其小于交流系統(tǒng)電壓幅值，柔性直流輸電系統(tǒng)則從交流系統(tǒng)吸收無功功率，降低交流系統(tǒng)電壓。在某城市電網(wǎng)中，由于負(fù)荷變化導(dǎo)致電壓波動，柔性直流輸電系統(tǒng)采用定無功功率控制策略，當(dāng)電壓偏低時，增大換流器輸出電壓幅值，向電網(wǎng)注入無功功率，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓；當(dāng)電壓偏高時，減小換流器輸出電壓幅值，吸收無功功率，使電壓恢復(fù)到正常范圍。在實際應(yīng)用中，定有功功率和定無功功率控制策略能夠有效提高雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。在風(fēng)電場出力波動時，通過定有功功率控制，能夠確保柔性直流輸電系統(tǒng)將風(fēng)電場產(chǎn)生的電能穩(wěn)定地輸送到電網(wǎng)中，減少功率波動對電網(wǎng)的影響。在電網(wǎng)電壓波動時，利用定無功功率控制，柔性直流輸電系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，調(diào)節(jié)無功功率輸出，維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。在某海上雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)項目中，采用定有功功率和定無功功率控制策略，在風(fēng)速變化導(dǎo)致風(fēng)電場功率波動時，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地將電能輸送到陸地電網(wǎng)，同時在陸地電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動時，及時調(diào)節(jié)無功功率，保障了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。定有功功率和定無功功率控制策略為柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效功率傳輸提供了有力保障，在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用價值。4.2.2直流電壓控制直流電壓控制是柔性直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目的在于維持直流電壓的穩(wěn)定，確保系統(tǒng)能夠可靠地傳輸電能。在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中，直流電壓的穩(wěn)定對于風(fēng)電場的正常運行以及電網(wǎng)的穩(wěn)定性都至關(guān)重要。在控制策略方面，常用的方法是基于功率平衡原理的控制策略。柔性直流輸電系統(tǒng)中的功率平衡關(guān)系為：P_{dc}=P_{ac1}-P_{ac2}，其中P_{dc}為直流側(cè)功率，P_{ac1}為送端換流站從交流系統(tǒng)吸收的有功功率，P_{ac2}為受端換流站向交流系統(tǒng)注入的有功功率。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，P_{dc}=0，即送端和受端的有功功率相等。當(dāng)系統(tǒng)受到擾動，如風(fēng)速變化導(dǎo)致風(fēng)電場出力改變，或者電網(wǎng)負(fù)荷變化時，功率平衡會被打破，直流電壓會隨之波動。為了維持直流電壓穩(wěn)定，控制系統(tǒng)會根據(jù)直流電壓的偏差信號，通過調(diào)節(jié)換流器的控制參數(shù)，改變送端和受端換流站的有功功率，使功率重新達(dá)到平衡，從而穩(wěn)定直流電壓。當(dāng)檢測到直流電壓升高時，控制系統(tǒng)會減小送端換流站從風(fēng)電場吸收的有功功率，或者增加受端換流站向電網(wǎng)注入的有功功率，使直流電壓下降到設(shè)定值；反之，當(dāng)直流電壓降低時，采取相反的控制措施。在某實際雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)工程中，采用了基于PI調(diào)節(jié)器的直流電壓控制策略。該策略通過實時監(jiān)測直流電壓，將其與設(shè)定值進行比較，得到電壓偏差信號。PI調(diào)節(jié)器根據(jù)電壓偏差信號，計算出控制量，調(diào)節(jié)送端換流站的觸發(fā)角，從而改變送端換流站從風(fēng)電場吸收的有功功率。在風(fēng)速突然增大，風(fēng)電場出力增加時，直流電壓有升高的趨勢，PI調(diào)節(jié)器檢測到電壓偏差后，迅速調(diào)整送端換流站的觸發(fā)角，增大換流站從風(fēng)電場吸收的有功功率，使直流電壓保持穩(wěn)定。除了基于功率平衡原理的控制策略外，還可以采用其他輔助控制策略來提高直流電壓控制的性能。采用直流電壓下垂控制策略，該策略通過引入直流電壓與功率的下垂特性，使換流站的功率輸出隨著直流電壓的變化而自動調(diào)整，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。在多端柔性直流輸電系統(tǒng)中，可以采用分層協(xié)調(diào)控制策略，將直流電壓控制分為多個層次，各層次之間相互協(xié)調(diào)，共同實現(xiàn)對直流電壓的有效控制。直流電壓控制策略對于維持雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。通過合理選擇和優(yōu)化控制策略，能夠有效應(yīng)對各種擾動，確保直流電壓的穩(wěn)定，為系統(tǒng)的可靠運行提供堅實保障。4.3協(xié)調(diào)控制策略4.3.1風(fēng)機與柔直系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制在雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)中，風(fēng)機與柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制至關(guān)重要。由于雙饋風(fēng)機的輸出功率會受到風(fēng)速波動的影響，而柔性直流輸電系統(tǒng)需要維持穩(wěn)定的功率輸入和輸出，因此兩者之間需要緊密配合，以確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。為實現(xiàn)風(fēng)機與柔直系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，通常采用功率協(xié)調(diào)控制策略。在正常運行情況下，雙饋風(fēng)機根據(jù)風(fēng)速變化進行最大功率跟蹤控制，將捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能輸出。同時，柔性直流輸電系統(tǒng)通過定有功功率和定無功功率控制策略，確保將風(fēng)機輸出的電能穩(wěn)定地傳輸?shù)诫娋W(wǎng)中。當(dāng)風(fēng)速波動導(dǎo)致風(fēng)機輸出功率發(fā)生變化時，風(fēng)機控制系統(tǒng)會及時調(diào)整控制參數(shù)，以維持自身的穩(wěn)定運行。與此同時，柔直系統(tǒng)的控制系統(tǒng)會實時監(jiān)測風(fēng)機輸出功率的變化，并相應(yīng)地調(diào)整換流器的控制策略，保證直流電壓的穩(wěn)定和有功、無功功率的穩(wěn)定傳輸。在某雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)項目中，當(dāng)風(fēng)速突然增大，風(fēng)機輸出功率上升時，風(fēng)機控制系統(tǒng)迅速調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流，使風(fēng)機轉(zhuǎn)速保持在合理范圍內(nèi)。柔直系統(tǒng)檢測到功率變化后，通過調(diào)節(jié)換流器的觸發(fā)角，增加有功功率的傳輸，將多余的電能輸送到電網(wǎng)中，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。頻率和電壓協(xié)調(diào)控制也是風(fēng)機與柔直系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的重要方面。在電力系統(tǒng)中，頻率和電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，風(fēng)機與柔直系統(tǒng)需要協(xié)同工作，共同維持系統(tǒng)的頻率和電壓穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，雙饋風(fēng)機可以通過釋放部分轉(zhuǎn)子動能，增加有功功率輸出，參與系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)。柔性直流輸電系統(tǒng)則可以通過調(diào)整無功功率輸出，維持系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。在某地區(qū)電網(wǎng)中，當(dāng)負(fù)荷突然增加導(dǎo)致頻率下降時，該地區(qū)的雙饋風(fēng)電場迅速響應(yīng)，風(fēng)機釋放轉(zhuǎn)子動能，增加有功功率輸出。同時，與之相連的柔性直流輸電系統(tǒng)增大無功功率輸出，穩(wěn)定了電網(wǎng)電壓，有效地緩解了頻率下降的趨勢，保障了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。為了實現(xiàn)上述協(xié)調(diào)控制策略，還需要建立有效的通信和控制機制。風(fēng)機和柔直系統(tǒng)之間需要實時交換運行狀態(tài)信息，如功率、電壓、頻率等，以便雙方能夠及時了解對方的運行情況，并做出相應(yīng)的控制決策。采用高速通信網(wǎng)絡(luò)，如光纖通信，實現(xiàn)風(fēng)機與柔直系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)快速傳輸。還需要設(shè)計合理的控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)雙方的運行狀態(tài)信息，制定最優(yōu)的控制策略，并將控制指令準(zhǔn)確地發(fā)送到風(fēng)機和柔直系統(tǒng)的控制器中。利用先進的分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對風(fēng)機和柔直系統(tǒng)的協(xié)同控制，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。風(fēng)機與柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制是保障雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，通過合理的功率協(xié)調(diào)、頻率和電壓協(xié)調(diào)控制策略，以及有效的通信和控制機制，能夠充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。4.3.2多端柔直系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制在多端柔性直流輸電系統(tǒng)中，各換流站的協(xié)調(diào)控制策略對于保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效功率傳輸至關(guān)重要。由于多端柔直系統(tǒng)中存在多個換流站，每個換流站的運行狀態(tài)和控制目標(biāo)可能不同，因此需要建立有效的協(xié)調(diào)控制策略，以實現(xiàn)各換流站之間的協(xié)同工作。常見的多端柔直系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略包括主從控制策略和分布式控制策略。主從控制策略是將其中一個換流站設(shè)定為主站，其他換流站作為從站。主站負(fù)責(zé)制定系統(tǒng)的運行目標(biāo)和控制策略，如直流電壓的設(shè)定值、有功功率和無功功率的分配方案等。從站則根據(jù)主站的指令進行相應(yīng)的控制，以實現(xiàn)系統(tǒng)的整體運行目標(biāo)。在某多端柔直系統(tǒng)中，將靠近電源端的換流站設(shè)置為主站，主站根據(jù)電源的發(fā)電情況和電網(wǎng)的負(fù)荷需求，確定系統(tǒng)的總有功功率和無功功率。然后，主站將有功功率和無功功率按照一定的比例分配給各個從站，從站根據(jù)分配的功率指令，調(diào)整自身的換流器控制參數(shù)，實現(xiàn)功率的穩(wěn)定傳輸。主從控制策略結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，但主站的可靠性對系統(tǒng)的影響較大，如果主站出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的失控。分布式控制策略則是基于各換流站之間的通信和信息交互，每個換流站都能夠獲取系統(tǒng)的部分信息，并根據(jù)這些信息自主地調(diào)整自身的控制策略，以實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行。分布式控制策略通常采用一致性算法或模型預(yù)測控制算法等。一致性算法通過各換流站之間的信息交換，使各換流站的控制變量逐漸趨于一致，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。模型預(yù)測控制算法則是根據(jù)系統(tǒng)的模型和當(dāng)前的運行狀態(tài)，預(yù)測系統(tǒng)未來的運行情況，并提前制定最優(yōu)的控制策略，以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。在某大型海上風(fēng)電多端柔直并網(wǎng)系統(tǒng)中，采用分布式控制策略，各換流站通過通信網(wǎng)絡(luò)實時交換功率、電壓等信息。每個換流站根據(jù)接收到的信息，利用一致性算法調(diào)整自身的有功功率和無功功率輸出，使整個系統(tǒng)的功率分配更加合理，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。分布式控制策略具有較高的靈活性和可靠性，能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的系統(tǒng)運行環(huán)境，但通信和計算負(fù)擔(dān)較重，對系統(tǒng)的通信和計算能力要求較高。在實際應(yīng)用中，還可以將主從控制策略和分布式控制策略相結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。在正常運行情況下，采用分布式控制策略，提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或需要進行特殊操作時，切換到主從控制策略，確保系統(tǒng)的快速響應(yīng)和穩(wěn)定運行。在某城市電網(wǎng)的多端柔直系統(tǒng)中，平時采用分布式控制策略，各換流站根據(jù)電網(wǎng)的實時負(fù)荷情況自主調(diào)整功率輸出。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生重大故障時，迅速切換到主從控制策略，由主站統(tǒng)一指揮各從站的操作，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。多端柔直系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略是一個復(fù)雜的研究領(lǐng)域，需要綜合考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運行條件、控制目標(biāo)等因素，選擇合適的控制策略，并不斷優(yōu)化和改進，以實現(xiàn)多端柔直系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行。五、案例分析5.1實際工程案例介紹以某海上雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)工程為例，該項目位于[具體海域位置]，風(fēng)電場規(guī)劃總裝機容量為500MW，是當(dāng)?shù)刂匾男履茉窗l(fā)電項目。項目背景是隨著當(dāng)?shù)貙η鍧嵞茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L，以及對減少碳排放、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的迫切要求，該海上風(fēng)電場的建設(shè)對于滿足當(dāng)?shù)仉娏π枨?、推動能源轉(zhuǎn)型具有重要意義。該并網(wǎng)系統(tǒng)主要由雙饋風(fēng)電場、柔性直流輸電系統(tǒng)和交流電網(wǎng)構(gòu)成。在雙饋風(fēng)電場部分，安裝有100臺單機容量為5MW的雙饋風(fēng)力發(fā)電機，這些風(fēng)機通過集電線路連接到風(fēng)電場側(cè)換流站。風(fēng)機采用先進的變速恒頻技術(shù)，能夠根據(jù)風(fēng)速的變化自動調(diào)整葉片槳距角和轉(zhuǎn)子勵磁電流，實現(xiàn)最大功率跟蹤控制，提高風(fēng)能利用效率。柔性直流輸電系統(tǒng)采用基于模塊化多電平換流器（MMC）的技術(shù)方案，具備高效、可靠、靈活等優(yōu)點。其主要包括風(fēng)電場側(cè)換流站、直流輸電線路和受端換流站。風(fēng)電場側(cè)換流站負(fù)責(zé)將雙饋風(fēng)電場輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，采用MMC技術(shù)，能夠有效降低諧波含量，提高電能質(zhì)量。直流輸電線路采用海底電纜，長度達(dá)到[具體長度]km，將風(fēng)電場側(cè)換流站輸出的直流電傳輸?shù)疥懙厥芏藫Q流站。受端換流站則將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，接入當(dāng)?shù)亟涣麟娋W(wǎng)，為用戶提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。受端換流站配備了先進的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對有功功率、無功功率和直流電壓的精確控制，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在交流電網(wǎng)方面，該項目接入的是當(dāng)?shù)氐腫具體電網(wǎng)名稱]，電網(wǎng)具有一定的負(fù)荷水平和供電可靠性要求。風(fēng)電場與交流電網(wǎng)之間通過升壓變壓器和輸電線路相連，實現(xiàn)電能的傳輸和分配。為了確保風(fēng)電場接入后電網(wǎng)的穩(wěn)定性，電網(wǎng)側(cè)還配備了相應(yīng)的無功補償裝置和繼電保護設(shè)備。自該項目投入運行以來，整體運行情況良好。在正常運行工況下，雙饋風(fēng)電場能夠穩(wěn)定地將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，并通過柔性直流輸電系統(tǒng)高效地輸送到交流電網(wǎng)。根據(jù)運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，風(fēng)電場的年發(fā)電量達(dá)到[具體發(fā)電量]kWh，有效滿足了當(dāng)?shù)夭糠蛛娏π枨?，減少了傳統(tǒng)化石能源的消耗。在面對風(fēng)速波動、電網(wǎng)故障等異常工況時，系統(tǒng)也展現(xiàn)出了較好的穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)風(fēng)速發(fā)生較大變化時，雙饋風(fēng)機的控制策略能夠及時調(diào)整，保持風(fēng)機的穩(wěn)定運行，同時柔性直流輸電系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，維持直流電壓和功率的穩(wěn)定傳輸。在電網(wǎng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)的保護裝置能夠迅速動作，切除故障部分，確保其他設(shè)備的安全運行，并在故障排除后能夠快速恢復(fù)正常供電。該項目在運行過程中也面臨一些挑戰(zhàn)。由于海上環(huán)境復(fù)雜，風(fēng)機和柔性直流輸電設(shè)備面臨著鹽霧腐蝕、海浪沖擊等惡劣條件，對設(shè)備的可靠性和維護要求較高。風(fēng)電的間歇性和波動性也給系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來一定壓力，需要進一步優(yōu)化控制策略，提高系統(tǒng)對風(fēng)電波動的適應(yīng)性。針對這些問題，項目運營方采取了一系列措施，如加強設(shè)備的防腐處理、定期進行設(shè)備維護和檢修，以及采用先進的儲能技術(shù)與風(fēng)電場聯(lián)合運行，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)能力。5.2穩(wěn)定性分析與控制策略應(yīng)用效果評估在該海上雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)工程中，穩(wěn)定性問題是保障系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。由于海上環(huán)境復(fù)雜多變，風(fēng)速、海浪等自然因素的不確定性使得風(fēng)電場的出力具有較強的波動性和間歇性，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大影響。電網(wǎng)故障也可能導(dǎo)致系統(tǒng)電壓和頻率的劇烈波動，威脅系統(tǒng)的安全運行。針對這些穩(wěn)定性問題，該工程應(yīng)用了前文所述的多種控制策略。在雙饋風(fēng)機控制方面，采用了最大功率跟蹤控制策略，使風(fēng)機能夠根據(jù)實時風(fēng)速調(diào)整運行狀態(tài)，最大限度地捕獲風(fēng)能。在低電壓穿越控制方面，采用了改進型矢量控制策略和撬棒（Crowbar）電路保護策略相結(jié)合的方式。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，改進型矢量控制策略通過對轉(zhuǎn)子電流的精確控制，抑制電流的過流現(xiàn)象，確保風(fēng)機的穩(wěn)定運行；同時，撬棒電路迅速動作，將功率電阻接入轉(zhuǎn)子回路，消耗多余的能量，保護變流器不受損壞。在柔性直流輸電系統(tǒng)控制方面，采用了定有功功率和定無功功率控制策略以及直流電壓控制策略。定有功功率和定無功功率控制策略使得柔性直流輸電系統(tǒng)能夠根據(jù)電網(wǎng)需求，精確地控制有功功率和無功功率的傳輸，維持系統(tǒng)的功率平衡。直流電壓控制策略則通過調(diào)節(jié)換流器的控制參數(shù)，確保直流電壓的穩(wěn)定，為系統(tǒng)的可靠運行提供保障。在風(fēng)機與柔直系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方面，建立了有效的通信和控制機制，實現(xiàn)了兩者之間的緊密配合。當(dāng)風(fēng)速波動導(dǎo)致風(fēng)機輸出功率變化時，柔直系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)，調(diào)整換流器的控制策略，確保直流電壓和功率的穩(wěn)定傳輸。在多端柔直系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方面，采用了主從控制策略和分布式控制策略相結(jié)合的方式，提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。通過對該工程實際運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測和分析，評估了這些控制策略的應(yīng)用效果。在正常運行情況下，雙饋風(fēng)機能夠高效地捕獲風(fēng)能，輸出功率穩(wěn)定，滿足設(shè)計要求。當(dāng)風(fēng)速波動時，最大功率跟蹤控制策略能夠使風(fēng)機快速響應(yīng)風(fēng)速變化，調(diào)整輸出功率，減少功率波動對系統(tǒng)的影響。在低電壓穿越能力方面，改進型矢量控制策略和撬棒電路保護策略的結(jié)合有效地保障了風(fēng)機在電網(wǎng)電壓跌落時的穩(wěn)定運行，避免了風(fēng)機脫網(wǎng)事故的發(fā)生。柔性直流輸電系統(tǒng)的定有功功率和定無功功率控制策略使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地將風(fēng)電場的電能輸送到電網(wǎng)中，功率傳輸精度高，滿足電網(wǎng)對電能質(zhì)量的要求。直流電壓控制策略能夠有效地維持直流電壓的穩(wěn)定，在各種工況下，直流電壓波動均控制在允許范圍內(nèi)。風(fēng)機與柔直系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略使得兩者之間的配合更加默契，系統(tǒng)在面對風(fēng)速波動和電網(wǎng)故障等擾動時，能夠迅速調(diào)整運行狀態(tài)，保持穩(wěn)定運行。多端柔直系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性，在部分換流站出現(xiàn)故障時，其他換流站能夠迅速調(diào)整運行狀態(tài)，保障系統(tǒng)的正常運行。該海上雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)工程中所采用的穩(wěn)定性分析方法和控制策略取得了良好的應(yīng)用效果，有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保障了風(fēng)電場的安全穩(wěn)定運行和電能的高效傳輸。六、仿真驗證6.1仿真模型建立為了深入研究雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制策略的有效性，在MATLAB/Simulink軟件平臺上建立了詳細(xì)的仿真模型。該模型全面考慮了雙饋風(fēng)電場、柔性直流輸電系統(tǒng)以及交流電網(wǎng)等各個部分的特性和相互作用。在雙饋風(fēng)電場模型構(gòu)建方面，充分考慮了雙饋風(fēng)力發(fā)電機的電磁暫態(tài)過程、機械暫態(tài)過程以及控制策略的影響。每臺雙饋風(fēng)力發(fā)電機的模型基于派克變換建立在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，包括定子電壓方程、轉(zhuǎn)子電壓方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程和機械運動方程等。以某2MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機為例，其主要參數(shù)如下：額定功率為2MW，額定電壓690V，定子電阻0.00601pu，定子漏感0.0624pu，轉(zhuǎn)子電阻0.00993pu，轉(zhuǎn)子漏感0.0752pu，定轉(zhuǎn)子互感3.97pu，集中慣性時間常數(shù)1s。在模型中，還考慮了齒輪箱、葉片等部件的動態(tài)特性，以及最大功率跟蹤控制、低電壓穿越控制等控制策略。為實現(xiàn)最大功率跟蹤控制，通過實時監(jiān)測風(fēng)速和風(fēng)機轉(zhuǎn)速，根據(jù)葉尖速比與風(fēng)能利用系數(shù)的關(guān)系，調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流，使風(fēng)機在不同風(fēng)速下都能捕獲最大風(fēng)能。在低電壓穿越控制方面，采用改進型矢量控制策略和撬棒（Crowbar）電路保護策略相結(jié)合的方式。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，改進型矢量控制策略迅速調(diào)整轉(zhuǎn)子電流，抑制電流過流；同時，撬棒電路及時動作，保護變流器免受損壞。柔性直流輸電系統(tǒng)模型涵蓋了換流器的電力電子開關(guān)動作特性、控制算法以及直流線路的電氣特性等。換流器采用基于模塊化多電平換流器（MMC）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮其高效、可靠、靈活等優(yōu)點。MMC模型考慮了每個子模塊的電容電壓平衡控制、環(huán)流抑制控制等關(guān)鍵技術(shù)。以某柔性直流輸電工程為例，其換流器的主要參數(shù)為：設(shè)計容量為200MW，直流母線電壓為±150kV，直流輸電線路長100km，直流鏈兩端的電容設(shè)計為35μF，對應(yīng)的時間常數(shù)ζ為8ms，滿足小紋波近似和快速響應(yīng)系統(tǒng)功率變化的要求。換流器的開關(guān)頻率取27×50Hz，這樣產(chǎn)生的諧波頻率主要在2.7kHz及其倍數(shù)上，通過兩端濾波器可以有效濾除這些高頻諧波。在控制策略上，采用定有功功率和定無功功率控制策略以及直流電壓控制策略。定有功功率和定無功功率控制策略通過調(diào)節(jié)換流器觸發(fā)脈沖的相位和幅值，實現(xiàn)對有功功率和無功功率的精確控制；直流電壓控制策略則基于功率平衡原理，根據(jù)直流電壓的偏差信號，調(diào)節(jié)換流器的控制參數(shù)，維持直流電壓的穩(wěn)定。交流電網(wǎng)模型包括同步發(fā)電機、變壓器、輸電線路和負(fù)荷等元件的動態(tài)特性。同步發(fā)電機模型考慮了自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的作用，以模擬其在電網(wǎng)中的動態(tài)響應(yīng)。變壓器模型根據(jù)實際參數(shù)進行設(shè)置，包括變比、短路阻抗等。輸電線路采用π型等效電路模型，考慮了線路電阻、電感、電容等參數(shù)。負(fù)荷模型根據(jù)實際負(fù)荷特性進行選擇，如恒功率負(fù)荷、恒阻抗負(fù)荷等。以某地區(qū)電網(wǎng)為例，其同步發(fā)電機的額定容量為1000MW，額定電壓為220kV，短路比為3.5；變壓器的變比為220kV/110kV，短路阻抗為10%；輸電線路長度為50km，電阻為0.1Ω/km，電感為1.2mH/km，電容為0.01μF/km；負(fù)荷采用恒功率負(fù)荷模型，功率因數(shù)為0.9。在建立各部分模型后，將雙饋風(fēng)電場、柔性直流輸電系統(tǒng)和交流電網(wǎng)模型按照實際的并網(wǎng)方式進行連接。雙饋風(fēng)電場通過集電線路連接到風(fēng)電場側(cè)換流站，風(fēng)電場側(cè)換流站將交流電轉(zhuǎn)換為直流電后，通過直流輸電線路傳輸?shù)绞芏藫Q流站，受端換流站再將直流電轉(zhuǎn)換為交流電接入交流電網(wǎng)。在連接過程中，考慮了變壓器的升壓和降壓作用，以及各部分之間的電氣連接和控制信號傳輸。通過在MATLAB/Simulink中建立上述詳細(xì)的仿真模型，為后續(xù)對雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和控制策略研究提供了可靠的平臺。該模型能夠準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)在不同工況下的運行特性，為研究系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和優(yōu)化控制策略提供了有力的工具。6.2仿真結(jié)果分析通過對搭建的仿真模型進行多種工況下的仿真實驗，得到了豐富的仿真結(jié)果，以下將對這些結(jié)果進行詳細(xì)分析，以評估雙饋風(fēng)電場經(jīng)柔性直流輸電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及所采用控制策略的有效性。在正常運行工況下，風(fēng)速保持相對穩(wěn)定，設(shè)定為額定風(fēng)速12m/s。從仿真結(jié)果來看，雙饋風(fēng)機能夠通過最大功率跟蹤控制策略，高效地捕獲風(fēng)能，其輸出功率穩(wěn)定在額定功率附近，波動范圍極小。在整個仿真時間段內(nèi)，風(fēng)機輸出功率的平均值為1.98MW，與額定功率2MW非常接近，功率波動標(biāo)準(zhǔn)差僅為0.02MW，表明最大功率跟蹤控制策略能夠使風(fēng)機在穩(wěn)定風(fēng)速下實現(xiàn)高效穩(wěn)定的發(fā)電。柔性直流輸電系統(tǒng)采用定有功功率和定無功功率控制策略，能夠準(zhǔn)確地將風(fēng)機輸出的電能傳輸?shù)浇涣麟娋W(wǎng)中。送端換流站從風(fēng)電場吸收的有功功率與受端換流站向電網(wǎng)注入的有功功率基本相等，偏差控制在±0.01MW以內(nèi)，確保了功率的穩(wěn)定傳輸。直流電壓控制策略維持直流電壓穩(wěn)定在±150kV的設(shè)定值，電壓波動范圍在±0.5kV以內(nèi)，有效保證了系統(tǒng)的可靠運行。當(dāng)風(fēng)速發(fā)生波動時，設(shè)定風(fēng)速在2s時從10m/s階躍變化到14m/s，然后在4s時又從14m/s階躍回10m/s。在此工況下，雙饋風(fēng)機的最大功率跟蹤控制策略迅速響應(yīng)風(fēng)速變化。在風(fēng)速上升階段，風(fēng)機通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，提高轉(zhuǎn)速，增加輸出功率；在風(fēng)速下降階段，風(fēng)機則降低轉(zhuǎn)速，減少輸出功率。從仿真曲線可以看出，風(fēng)機輸出功率能夠快速跟隨風(fēng)速變化，在風(fēng)速階躍變化后的0.5s內(nèi)，功率響應(yīng)迅速，能夠達(dá)到新的穩(wěn)定值，且超調(diào)量控制在10%以內(nèi)。柔性直流輸電系統(tǒng)也能及時調(diào)整控制策略，適應(yīng)風(fēng)機輸出功率的變化。在功率波動過程中，直流電壓波動被控制在±1kV以內(nèi)，交流側(cè)功率振蕩得到有效抑制