考虑有功无功协调恢复的风电场高电压穿越策略

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.24216

发电技术 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (4): 737-747.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.24216

• 大规模新能源并网运行调控关键技术 • 上一篇下一篇

考虑有功无功协调恢复的风电场高电压穿越策略

莫基晟¹, 尹纯亚¹, 黄新民², 韩璐¹, 刘江山¹

^1.新疆大学电气工程学院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830017
^2.国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830017

收稿日期:2024-10-12 修回日期:2025-02-05 出版日期:2025-08-31 发布日期:2025-08-21
通讯作者: 尹纯亚
作者简介:莫基晟(1998)，硕士研究生，研究方向为新能源并网稳定性分析与控制技术，1171035908@qq.com；
尹纯亚(1994)，男，博士，副教授，研究方向为交直流系统稳定性分析与控制技术，本文通信作者，1399132297@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52367013);新疆维吾尔自治区自然科学基金项目(2022D01C363)

High Voltage Crossing Strategy of Wind Farm Considering Active and Reactive Coordinated Recovery

Jisheng MO¹, Chunya YIN¹, Xinmin HUANG², Lu HAN¹, Jiangshan LIU¹

^1.College of Electrical Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830017, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
^2.State Grid Xinjiang Electric Power Co. , LTD. , Urumqi Power Supply Company, Urumqi 830017, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Received:2024-10-12 Revised:2025-02-05 Published:2025-08-31 Online:2025-08-21
Contact: Chunya YIN
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52367013);Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region(2022D01C363)

摘要/Abstract

摘要：

目的针对直流故障后并网点电压大幅度骤升致使风电场面临严重的高电压穿越(high voltage ride-through，HVRT)问题，提出计及保护动作时间协调配合的“有功优先平衡-无功动态补偿”恢复机制。方法基于双馈风机的双闭环控制函数，揭示了转子侧变流器无功响应速度优于网侧变流器的动态特性，在减载模式下，提出考虑有功无功协调恢复的风电场HVRT策略。结果通过平衡有功功率与无功功率动态补偿，实现了故障期间电压稳定与能量平衡的双重目标。仿真结果表明，该策略可有效抑制暂态过电压风险，提升风电场HVRT能力。结论所提策略通过有功-无功协同调控机制，有效破解了高电压穿越过程中系统功率失衡与设备安全运行的矛盾，为含大规模风电的电力系统暂态电压稳定控制提供了新思路。

关键词: 风力发电, 风电并网, 直流故障, 减载分配策略, 高电压穿越(HVRT), 暂态过电压, 协同调控, 功率失衡

Abstract:

Objectives To address the serious high voltage ride-through (HVRT) problem faced by wind farms as a result of the large voltage surge at the grid-connected point after a DC fault, a recovery mechanism of “active priority balancing - reactive power dynamic compensation” considering the coordination of protection action time is proposed. Methods Based on the double closed-loop control function of doubly-fed wind turbine, the dynamic characteristics of the reactive power response speed of the rotor side converter is better than that of the grid side converter are revealed. Under the load shedding mode, a HVRT strategy of wind farm considering coordinated recovery of active and reactive power is proposed. Results By balancing active power and reactive power dynamic compensation, the dual objectives of voltage stabilization and energy balance during faults are achieved. Simulation results show that this strategy can effectively suppress the risk of transient overvoltage and improve the HVRT capability of wind farms. Conclusions The proposed strategy effectively solves the contradiction between system power imbalance and safe operation of equipment during HVRT through the active-reactive synergistic regulation mechanism, which provides a new idea for transient voltage stabilization control of power systems containing large-scale wind power.

Key words: wind power, wind power integration, DC fault, load shedding allocation strategy, high voltage ride-through (HVRT), transient overvoltage, cooperative regulation, power imbalance

中图分类号:

TK 712

莫基晟, 尹纯亚, 黄新民, 韩璐, 刘江山. 考虑有功无功协调恢复的风电场高电压穿越策略[J]. 发电技术, 2025, 46(4): 737-747.

Jisheng MO, Chunya YIN, Xinmin HUANG, Lu HAN, Jiangshan LIU. High Voltage Crossing Strategy of Wind Farm Considering Active and Reactive Coordinated Recovery[J]. Power Generation Technology, 2025, 46(4): 737-747.

图/表 17

图1 直流故障后的交流系统等效电路图

Fig. 1 Equivalent circuit diagram of AC system after DC fault

图2 并网点电压与不平衡功率及短路比的关系曲线

Fig. 2 Converter bus voltage to unbalance power and short circuit ratio curve

表1 不同转速下风电机组的分组情况

Tab. 1 Group information about wind turbines at different speeds

分组	转速/pu	整定值/pu
0 1 2	>1.15	1.2
	1.1 $±$ 0.5	1.1
	1.0 $±$ 0.5	1.0
3 4 5	0.9 $±$ 0.5	0.9
	0.8 $±$ 0.5	0.8
	0.7 $±$ 0.5	0.7

表1 不同转速下风电机组的分组情况

Tab. 1 Group information about wind turbines at different speeds

分组	转速/pu	整定值/pu
0 1 2	>1.15	1.2
	1.1 $±$ 0.5	1.1
	1.0 $±$ 0.5	1.0
3 4 5	0.9 $±$ 0.5	0.9
	0.8 $±$ 0.5	0.8
	0.7 $±$ 0.5	0.7

图3 改进的超速减载分配策略

Fig. 3 Improved control strategy for overspeed load shedding

图4 机侧变流器的无功附加控制

Fig. 4 Control of reactive power additions to the machine-side converter

图5 变直流母线电压的控制策略

Fig. 5 Control strategies for variable DC bus voltage

图6 HVRT控制流程图

Fig. 6 HVRT Control Flowchart

图7 风电场仿真模型

Fig. 7 Wind farm simulation model

表2 风电机组的仿真参数

Tab. 2 Parameters to wind turbine simulation

部件	参数	数值
风轮机	额定风速/(m/s)	12
风轮机	叶轮半径/m	45
发电机	额定功率/MW	2
	定子额定电压/kV	0.69
	定子电阻/pu	0.002 5
	定子漏抗/pu	0.082 4
	转子电阻/pu	0.007 6
	转子漏抗/pu	0.098 5
	励磁电抗/pu	2.759 8
	基准功率/MW	10
	基准电压/V	690

表3 电压轻度骤升时风电机组转速分布情况及运行状况

Tab. 3 Speed distribution and operating conditions of wind turbines during mild voltage surge

风机所处转速/pu	风机台数	单台最大功率/MW	单台风机减载功率/MW	减载后转速/pu
0.7 $±$ 0.5	5	1.42	0.37	1.12
0.8 $±$ 0.5	5	1.68	0.30	1.12
0.9 $±$ 0.5	5	1.91	0.22	1.12
1.0 $±$ 0.5	3	2.00	0.15	1.12
1.1 $±$ 0.5	1	1.95	0.08	1.12
>1.15	1	1.78	0

表3 电压轻度骤升时风电机组转速分布情况及运行状况

Tab. 3 Speed distribution and operating conditions of wind turbines during mild voltage surge

风机所处转速/pu	风机台数	单台最大功率/MW	单台风机减载功率/MW	减载后转速/pu
0.7 $±$ 0.5	5	1.42	0.37	1.12
0.8 $±$ 0.5	5	1.68	0.30	1.12
0.9 $±$ 0.5	5	1.91	0.22	1.12
1.0 $±$ 0.5	3	2.00	0.15	1.12
1.1 $±$ 0.5	1	1.95	0.08	1.12
>1.15	1	1.78	0

图8 小负荷变化时风电场有功功率变化曲线

Fig. 8 Curve of active power change of wind farm during small load change

图9 电网电压轻度骤升时综合控制策略仿真图

Fig. 9 Simulation diagram of integrated control strategy during mild grid voltage surge

表4 不同控制策略下风电机组无功变化情况

Tab. 4 Changes in turbine reactive power under different control strategies

类型	参数	传统控制策略/pu	本文控制策略/pu
机侧变流器	无功功率极限值	0.30	0.7
机侧变流器	无功功率实际值	0.30	0.6
网侧变流器	无功功率极限值	0.15	0.5
网侧变流器	无功功率实际值	0.15	0.3

表5 电压重度骤升时风电机组转速分布情况及运行状况

Tab. 5 Speed distribution and operation of wind turbines during heavy voltage surge

风机所处转速/pu	风机台数	单台最大功率/MW	单台最大减载功率/MW	单台风机减载功率/MW	减载后转速/pu	转速整定值/pu
0.7 $±$ 0.5	5	1.42	0.46	0.75	1.3	1.2
0.8 $±$ 0.5	5	1.68	0.40	0.59		1.2
0.9 $±$ 0.5	5	1.91	0.32	0.45		1.2
1.0 $±$ 0.5	3	2.00	0.25	0.30		1.2
1.1 $±$ 0.5	1	1.95	0.12	0.15		1.2
>1.15	1	1.78	0	0		1.2

表5 电压重度骤升时风电机组转速分布情况及运行状况

Tab. 5 Speed distribution and operation of wind turbines during heavy voltage surge

风机所处转速/pu	风机台数	单台最大功率/MW	单台最大减载功率/MW	单台风机减载功率/MW	减载后转速/pu	转速整定值/pu
0.7 $±$ 0.5	5	1.42	0.46	0.75	1.3	1.2
0.8 $±$ 0.5	5	1.68	0.40	0.59		1.2
0.9 $±$ 0.5	5	1.91	0.32	0.45		1.2
1.0 $±$ 0.5	3	2.00	0.25	0.30		1.2
1.1 $±$ 0.5	1	1.95	0.12	0.15		1.2
>1.15	1	1.78	0	0		1.2

图10 大负荷变化时风电场有功功率变化曲线

Fig. 10 Curve of active power change of wind farm during large load change

图11 系统频率变化曲线

Fig. 11 System frequency variation curve

图12 电网电压重度骤升时综合控制策略仿真图

Fig. 12 Simulation diagram of integrated control strategy during grid voltage redundancy surge

参考文献 22

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High Voltage Crossing Strategy of Wind Farm Considering Active and Reactive Coordinated Recovery

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