基于STATCOM技术的风电场电压稳定性研究

风能作为一种被人类开发利用较早的清洁能源，具有发电成本低、技术较为成熟等优点，在世界各国都得到了大力地提倡与发展。然而，随着风力发电机单机容量的不断提高和并网运行风电场规模的不断扩大，大规模风电功率注入电网系统引起的各种电压稳定问题日益凸显。因此，如何提高并网运行风电场在稳态和暂态运行工况下的电压稳定性，已成为现在风电研究的热点问题。基于目前主流的双馈型风力发电机（DFIG-Doubly-Fed Induction Generator），本文对并网运行风电场的电压稳定性，以及双馈型风力发电机组的低电压穿越特性进行了深入的探讨和研究。 （1）深入分析了双馈型风力发电系统的基本原理及其运行特性，在双馈型异步发电机的数学模型基础上深入分析了双馈型风力发电机的功率流动以及运行区域特性，为论文的后续工作奠定了基础。 （2）分析了静止同步补偿器（STATCOM-Static Synchronous Compensator）的基本原理和电路结构，建立了相应的数学模型，讨论了应用于STATCOM的两种典型控制方案的优缺点。 （3）分析了并网运行风电场在正常工况和非正常工况下的电压稳定性，并对网侧故障下风电场的运行特性进行了仿真验证。接着，文章对风电场中STATCOM装置的典型应用进行了仿真分析研究。仿真结果证实在电网故障期间STATCOM可以为风电场提供足够的无功支持，在故障清除后帮助风电场快速恢复正常运行发电，并以此来提高并网运行风电场的电压稳定性。 （4）为提高风力发电机组的低电压穿越能力，提出了一种在电网故障期间采用STATCOM和Crowbar两种辅助装置结合利用的方案。以Crowbar保护电路来实现故障期间对定子和转子过电流以及直流母线过电压的限制；以STATCOM装置来实现故障期间对整个风力发电系统的无功支撑。在Matlab/Simulink仿真环境下进行的相应仿真研究证实了外加辅助装置结合应用的有效性。