风电汇集地区电压不平衡特性分析及抑制策略

刘辉; 陈璨; 巨云涛; 吴林林

doi:10.7500/AEPS20200702001

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风电汇集地区电压不平衡特性分析及抑制策略

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 风电汇集地区电压不平衡特性分析及抑制策略
- Characteristics Analysis and Suppression Strategy of Voltage Unbalance in Areas with Integration of Wind Power
- 电力系统自动化 2021年45卷第14期页码：132-139
- 作者机构：
  
  1.国网冀北电力有限公司电力科学研究院（华北电力科学研究院有限责任公司），北京市 100045
  2.风光储并网运行技术国家电网公司重点实验室，北京市 100045
  3.中国农业大学信息与电气工程学院，北京市 100083
- 作者简介：
  
  刘辉(1975—)，男，博士，教授级高级工程师，主要研究方向：新能源并网分析及建模。E-mail：liuhtj@163.com
  陈璨(1988—)，女，通信作者，博士，高级工程师，主要研究方向：新能源及分布式电源并网分析。E-mail：wscc0621@163.com
  巨云涛(1985—)，男，博士，副教授，主要研究方向：主动配电网优化运行。E-mail：juyuntao@cau.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2016YFB0900500);国家电网公司科技项目(4000-202014051A-0-0-00)
- DOI：10.7500/AEPS20200702001
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-07-02，
  
  修回日期：2020-11-16，
  
  网络出版日期：2020-12-31，
  
  纸质出版日期：2021-07-25
- 稿件说明：
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刘辉,陈璨,巨云涛等.风电汇集地区电压不平衡特性分析及抑制策略[J].电力系统自动化,2021,45(14):132-139.

LIU Hui,CHEN Can,JU Yuntao,et al.Characteristics Analysis and Suppression Strategy of Voltage Unbalance in Areas with Integration of Wind Power[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(14):132-139.
刘辉,陈璨,巨云涛等.风电汇集地区电压不平衡特性分析及抑制策略[J].电力系统自动化,2021,45(14):132-139. DOI： 10.7500/AEPS20200702001.

LIU Hui,CHEN Can,JU Yuntao,et al.Characteristics Analysis and Suppression Strategy of Voltage Unbalance in Areas with Integration of Wind Power[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(14):132-139. DOI： 10.7500/AEPS20200702001.

摘要

中国风电多采用“大规模集中开发，远距离传输”的模式，风电汇集地区常无本地负荷，在大规模风电汇集地区常出现三相电压不平衡现象，严重时会造成风机脱网，威胁到电力系统的安全稳定运行。针对这一问题，提出了风电汇集地区电压不平衡机理及抑制策略。首先，基于实测数据提取风电汇集地区电压不平衡现象的关键技术特征；其次，构建风电汇集地区等效电路模型，考虑风电汇集地区静态电压稳定极限及不换位输电线路三相阻抗参数不平衡等因素，提出电压不平衡度的估算方法；最后，以汇集站负序电压最小为目标，提出风电汇集地区三相无功优化模型，通过动态无功补偿装置分相调节实现风电汇集地区负序电压抑制。以实际风电汇集系统为例，通过仿真分析验证了机理分析和抑制策略的有效性。

Abstract

The wind power in China mostly adopts the mode of concentrated development in large-scale and long-distance transmission and there are often no local loads in the wind power integrated areas. Therefore

three-phase voltage unbalance frequently occurs in the areas with large-scale integration of wind power

which can cause wind turbines to disconnect from the grid in severe cases

threatening the safe and stable operation of the power system. In response to this problem

the voltage unbalance mechanism and suppression strategy in the areas with integration of wind power are proposed. Firstly

key features of voltage unbalance phenomenon in the areas with integration of wind power are extracted based on the actual data. Secondly

the equivalent circuit model is constructed in the areas with integration of wind power. Considering the static voltage stability limit and unbalanced three-phase impedance of untransposed transmission line

a method for estimating the voltage unbalance factor (VUF) is proposed. Finally

with the objective of minimizing the negative sequence voltage of the integrated substation

a three-phase reactive power optimization model for the areas with integration of wind power is proposed

and the negative-sequence voltage suppression in the areas with integration of wind power is achieved through adjustment of the dynamic reactive power compensation device to each phase. Taking the actual wind power integration system as an example

simulation analysis verifies the effectiveness of the mechanism analysis and suppression strategies.

关键词

Keywords

references

李永坚，黄绍平，许志伟，等 . 不换位高压线路分相建模研究及其不平衡性分析［J］. 电力系统自动化， 2010 ， 34 （ 19 ）： 75 - 80 .

LI Yongjian ， HUANG Shaoping ， XU Zhiwei ， et al . Research of individual phase modeling of un-transposed high voltage transmission lines and analysis of its unbalanced performance ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2010 ， 34 （ 19 ）： 75 - 80 .

王育飞，徐兴，薛花 . 基于不对称参数补偿的同塔六回输电线路不平衡问题抑制［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 11 ）： 160 - 165 .

WANG Yufei ， XU Xing ， XUE Hua . Unbalance suppression of six-circuit transmission lines on same tower based on asymmetrical parameters compensation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 11 ）： 160 - 165 .

刘阳升，林济铿，戴赛，等 . 计及短线路同杆并架双回线的输电网混合状态估计［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 24 ）： 7163 - 7172 .

LIU Yangsheng ， LIN Jikeng ， DAI Sai ， et al . A hybrid state estimation algorithm for transmission system considering the short untransposed double-circuit lines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 24 ）： 7163 - 7172 .

陈红松 . 含有分布式电源的三相不平衡配电网潮流计算［D］. 北京：华北电力大学， 2012 .

CHEN Hongsong . The calculation of three-phase unbalanced power flow with distributed generation resource on distribution network ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2012 .

邹林，林福昌，龙兆芝，等 . 输电线路不平衡度影响因素分析［J］. 电网技术， 2008 ， 32 （增刊2 ）： 283 - 286 .

ZOU Lin ， LIN Fuchang ， LONG Zhaozhi ， et al . Influence factors analysis of unbalance parameter for overhead lines ［J］. Power System Technology ， 2008 ， 32 （ Supplement 2 ）： 283 - 286 .

张彬，井明川，张继恒 . 申华协合汞宝拉格风电场三相不平衡治理［J］. 机电工程技术， 2010 ， 39 （ 3 ）： 99 - 103 .

ZHANG Bin ， JING Mingchuan ， ZHANG Jiheng . Utilizing the static var compensator for solving wind electric field three-phase unbalance problems ［J］. Mechanical & Electrical Engineering Technology ， 2010 ， 39 （ 3 ）： 99 - 103 .

狄海龙，梁振飞，王波 . 双馈异步风力发电机组定子三相电流不平衡原因分析［J］. 华电技术， 2012 ， 34 （ 1 ）： 73 - 75 .

DI Hailong ， LIANG Zhenfei ， WANG Bo . Analysis on reasons of unbalance of three-phase currents of double feed asynchronous wind power generator stator ［J］. Huadian Technology ， 2012 ， 34 （ 1 ）： 73 - 75 .

STYLIARAS N . Investigation of the effect of the transformer connection type on voltage unbalance propagation： case study at Näsudden wind farm ［D］. Uppsala ， Sweden： Uppsala University ， 2016 .

刘曼琴，周羽生，许振华，等 . 双馈风电机组在不对称电网故障下的稳定性控制研究［J/OL］. 电测与仪表［ 2020-09-09 ］. https：//kns-cnki-net.webvpn.ncepu.edu.cn/kcms/detail/23.1202.TH.20200803.1502.018.html https://kns-cnki-net.webvpn.ncepu.edu.cn/kcms/detail/23.1202.TH.20200803.1502.018.html .

LIU Manqin ， ZHOU Yusheng ， XU Zhenhua ， et al . Research on stability control of doubly-fed induction generator under asymmetric power grid faults ［J/OL］. Electrical Measurement & Instrumentation ［ 2020-09-09 ］. https：//kns-cnki-net.webvpn.ncepu.edu.cn/kcms/detail/23.1202.TH.20200803.1502.018.html https://kns-cnki-net.webvpn.ncepu.edu.cn/kcms/detail/23.1202.TH.20200803.1502.018.html .

张雪娟，孙士云，郑新宇，等 . 含风电扩展单机无穷大系统不对称故障下的暂态稳定性分析［J］. 现代电力， 2020 ， 37 （ 4 ）： 368 - 375 .

ZHANG Xuejuan ， SUN Shiyun ， ZHENG Xinyu ， et al . Quantitative analysis on transient stability of extended single-machine infinite system containing DFIG under asymmetric faults ［J］. Modern Electric Power ， 2020 ， 37 （ 4 ）： 368 - 375 .

熊浩，杜雄，孙鹏菊，等 . 三相并网变流器在电网不对称故障时的有功功率安全运行区域［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 20 ）： 6110 - 6118 .

XIONG Hao ， DU Xiong ， SUN Pengju ， et al . Active power safe operation region of three-phase grid-connected voltage source converter under unbalanced grid faults ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 20 ）： 6110 - 6118 .

林瑞星，马晓阳，常晓青，等 . 电网电压不对称暂降下考虑Chopper动作的双馈风机转子电流分析［J］. 电力系统及其自动化学报， 2019 ， 31 （ 4 ）： 106 - 112 .

LIN Ruixing ， MA Xiaoyang ， CHANG Xiaoqing ， et al . Analysis of DFIG rotor current considering Chopper protection under asymmetrical grid voltage sags ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2019 ， 31 （ 4 ）： 106 - 112 .

RASHID G ， ALI M H . Asymmetrical fault ride through capacity augmentation of DFIG based wind farms by parallel resonance fault current limiter ［C］// IEEE Power & Energy Society General Meeting ， July 17-21 ， 2016 ， Boston， USA .

110 kV~500 kV架空送电线路设计技术规程： DL/T 5092—1999 ［S］. 1999 .

Technical code for designing 110 kV~500 kV overhead transmission line ： DL/T 5092—1999 ［S］. 1999 .

全国电压电流等级和频率标准化技术委员会 . 电能质量三相电压不平衡： GB/T 15543—2008 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2008 .

National Technical Committee for Standard Voltages， Current Ratings and Frequencies . Power quality—three-phase voltage unbalance ： GB/T 15543—2008 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2008 .

XU Lie ， WANG Yi . Dynamic modeling and control of DFIG-based wind turbines under unbalanced network conditions ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2007 ， 22 （ 1 ）： 314 - 323 .

MARTINEZ M I ， TAPIA G ， SUSPERREGUI A ， et al . Sliding-mode control for DFIG rotor- and grid-side converters under unbalanced and harmonically distorted grid voltage ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2012 ， 27 （ 2 ）： 328 - 339 .

HU Jiabing ， HE Yikang ， XU Lie ， et al . Improved control of DFIG systems during network unbalance using PI-R current regulators ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2009 ， 56 （ 2 ）： 439 - 451 .

HU Jiabing ， XU Hailiang ， HE Yikang . Coordinated control of DFIG’s RSC and GSC under generalized unbalanced and distorted grid voltage conditions ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2013 ， 60 （ 7 ）： 2808 - 2819 .

SONG Yipeng ， NIAN Heng . Modularized control strategy and performance analysis of DFIG system under unbalanced and harmonic grid voltage ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2015 ， 30 （ 9 ）： 4831 - 4842 .

HU Jiefeng ， ZHU Jianguo ， DORREL D G . Predictive direct power control of doubly fed induction generators under unbalanced grid voltage conditions for power quality improvement ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2015 ， 6 （ 3 ）： 943 - 950 .

ASHA RANI M A ， NAGAMANI C ， SARAVANA ILANGO G ， et al . An effective reference generation scheme for DFIG with unbalanced grid voltage ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2014 ， 5 （ 3 ）： 1010 - 1018 .

NIAN Heng ， WANG Tao ， ZHU Ziqiang . Voltage imbalance compensation for doubly fed induction generator using direct resonant feedback regulator ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2016 ， 31 （ 2 ）： 614 - 626 .

李旷，刘进军，王兆安，等 . 静止无功发生器在电压不平衡下的工作特性及其对不平衡电压的补偿［J］. 电工技术学报， 2006 ， 21 （ 8 ）： 69 - 74 .

LI Kuang ， LIU Jinjun ， WANG Zhaoan ， et al . Operation and control of static var generator for voltage unbalance mitigation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2006 ， 21 （ 8 ）： 69 - 74 .

李旷，刘进军，魏标，等 . 静止无功发生器补偿电网电压不平衡的控制及其优化方法［J］. 中国电机工程学报， 2006 ， 26 （ 5 ）： 60 - 65 .

LI Kuang ， LIU Jinjun ， WEI Biao ， et al . Control and optimization of static var generator for grid voltage unbalance mitigation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2006 ， 26 （ 5 ）： 60 - 65 .

翟灏，卓放，易皓，等 . 基于SVG的电网多节点电压不平衡综合抑制方法［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 45 - 52 .

ZHAI Hao ， ZHUO Fang ， YI Hao ， et al . SVG based comprehensive unbalance suppression method for multi-node voltage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 45 - 52 .

KAMH M Z ， IRAVANI R . Three-phase steady-state model of type-3 wind generation unit： Part Ⅰ mathematical models ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2011 ， 2 （ 4 ）： 477 - 486 .

KAMH M Z ， IRAVANI R . A unified three-phase power-flow analysis model for electronically coupled distributed energy resources ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2011 ， 26 （ 2 ）： 899 - 909 .

ACHA E ， FUERTE-ESQUIVEL C R ， AMBRIZ-PE´REZ H ， et al . FACTS： modelling and simulation in power networks ［M］. Hoboken ， USA： John Wiley & Sons Ltd .， 2004 .

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