Page 34 - 电力与能源2024年第六期

670 于 雷，等：新能源同步电机电压支撑能力研究

机 输 出 电 流 在 d，q 坐 标 系 下 的 d 轴 分 量 和 q 轴 功功率响应能力与端电压变换率、励磁系统参数
分量。 以及同步电机参数相关。新能源同步电机的无功
同步发电机机端电压变化量与输出无功功率 功率响应与电压变化量呈正相关。即当电网电压
变化量之间的关系可表示为 增高时，新能源同步电机吸收无功功率；当电网电
（2） 压下降时，新能源同步电机补充无功功率。
ΔQ SG = U q0 Δi d + ΔU q i d0
式中 U q0——同步发电机机端初始电压的 q 轴分
3 结果分析
量；ΔU q——同步发电机机端电压 q 轴分量的变化
量；Δi d——同步发电机输出电流 d 轴分量为变化 为验证新能源同步电机系统的性能，利用仿
i
量 ； d0—— 同 步 发 电 机 正 常 工 作 时 电 流 的 d 轴 真软件 Matlab/Simulink 搭建了仿真模型。仿真
分量。 模型拓扑结构如图 3 所示，具体参数如表 1 所示。
在次暂态下，同步发电机的无功功率瞬态响
应可表示为

U q0 ΔU q
''
ΔQ SG =- + ΔU q i d0 （3）
''
X t + X k
''
式中 X t ——同步发电机的次暂态电抗；X k—— 图 3 仿真模型拓扑结构
新能源同步电机系统至升压变压器之间的短路 图 3 中，光伏发电系统通过新能源同步电机
电抗。 接入电网，且光伏发电系统的额定容量与新能源
考虑到同步发电机的励磁系统具有调节无功 同步电机的额定容量相匹配。
功率、有功功率的能力，无功功率输出变化量可进 表 1 仿真模型的参数
一步表示为 参数 数值
)
ê ê ê é K ′( K A + 1 + T ' d0 s U q0 ù ú ú 直流母线额定容量/MW 1 000
ΔQ ' SG =- ê ê ê - i d0 ú ú ΔU q （4） 直流母线电压/kV 500
)
ë ( K ′T ' d0 s + 1 ( X ' t + X k ) û 送端额定电压/kV 345
式中 K ′ ——升压变压器的等效增益； T ' d0——同步 交流系统额定容量/MW 780
光伏发电站额定容量/MW 220
发电机d轴开路的时间常数；
s——拉普拉斯算子。
新能源同步电机额定容量/MW 220
可以利用功角表示同步发电机的机端电压
在仿真设置时，设定交流系统发生电压跌落
时，表达式为 故障的时间为 5 s，持续时间为 0.1 s，电压跌落的
{ U q = U cos δ SG （5） 幅度分别为 10%，20% 和 30%，即电压分别跌落

U d = U sin δ SG
至 315，275，245 kV。
由此可知，次暂态下同步发电机的无功功率
仿真结果如图 4 所示。图 4（a）所示为交流侧
瞬态响应用电压 U 表示的表达式为
( U 0 cos δ SG ΔU ) 额定电压波形，图 4（b）所示为新能源同步电机系
ΔQ ″ sc = - + ΔUi d0 cos δ SG （6） 统输出的无功功率。
X ″ t + X k
式中 U 0——同步发电机正常运行时的端电压； 由图 4 可见：当电网正常工作时，新能源同步

ΔU——同步发电机端电压变化量。 发电机输出了 30 Mvar 的无功功率；当电压跌落
考虑到励磁系统的能力，无功功率输出变化 10% 时，补偿了 116 Mvar 的无功功率；当电压跌
量用电压 U 表示的表达式为 落 20% 时，补偿了 230 Mvar 的无功功率；当电压
) 2 跌落 30% 时，补偿了 290 Mvar 的无功功率。由此
K ′( K A + 1 + T ' d0 s ΔUU cos δ SG
ΔQ ' sc =- ) ) + 可知，新能源同步发电机具备无功调节能力，能够
( K ′T ' d0 s + 1 ( X ' t + X k
（7） 实时动态补偿无功功率，实现新能源发电系统的电
i d0 ΔU cos δ SG
由式（3）与式（4）可知，新能源同步电机的无 （下转第 712 页）