变速抽水蓄能和直驱风电系统的阻抗建模及稳定性分析

王方洲; 刘开培; 秦亮; 陈满; 朱蜀; 杜一星

doi:10.7500/AEPS20201109003

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变速抽水蓄能和直驱风电系统的阻抗建模及稳定性分析

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 变速抽水蓄能和直驱风电系统的阻抗建模及稳定性分析
- Impedance Modeling and Stability Analysis of Power System with Variable-speed Pumped Storage and Direct-drive Wind Turbines
- 电力系统自动化 2021年45卷第17期页码：61-69
- 作者机构：
  
  1.武汉大学电气与自动化学院，湖北省武汉市 430070
  2.中国南方电网调峰调频发电有限公司，广东省广州市 510630
- 作者简介：
  
  王方洲(1997—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力电子化电力系统稳定性。E-mail：928146894@qq.com
  刘开培(1962—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电能质量分析、电力电子化电力系统稳定性。E-mail：kpliu@whu.edu.cn
  秦亮(1980—)，男，通信作者，博士，副教授，主要研究方向：电力电子化电力系统稳定性。E-mail：qinliang@whu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2017YFB0903700;2017YFB0903705)
- DOI：10.7500/AEPS20201109003
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-11-09，
  
  修回日期：2021-03-26，
  
  网络出版日期：2021-06-08，
  
  纸质出版日期：2021-09-10
- 稿件说明：
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王方洲,刘开培,秦亮等.变速抽水蓄能和直驱风电系统的阻抗建模及稳定性分析[J].电力系统自动化,2021,45(17):61-69.

WANG Fangzhou,LIU Kaipei,QIN Liang,et al.Impedance Modeling and Stability Analysis of Power System with Variable-speed Pumped Storage and Direct-drive Wind Turbines[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(17):61-69.
王方洲,刘开培,秦亮等.变速抽水蓄能和直驱风电系统的阻抗建模及稳定性分析[J].电力系统自动化,2021,45(17):61-69. DOI： 10.7500/AEPS20201109003.

WANG Fangzhou,LIU Kaipei,QIN Liang,et al.Impedance Modeling and Stability Analysis of Power System with Variable-speed Pumped Storage and Direct-drive Wind Turbines[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(17):61-69. DOI： 10.7500/AEPS20201109003.

摘要

变速抽水蓄能和直驱风电联合运行系统中存在多种电力电子装置，且运行工况复杂，亟须对该类系统的稳定性进行深入研究。在构造双馈感应电动机小信号模型时，把双馈感应电动机转速作为变量，并引入水泵水轮机小信号模型，建立了

d-q-

0坐标系下联合运行系统的宽频段阻抗模型；同时对不同工况、不同参数下的系统稳定性进行了相应的分析。分析结果表明：系统在快速转速控制方式下稳定性受电气侧参数影响更大；对于变速抽水蓄能机组与直驱风电机组，前者锁相环阻尼比的减小会增大后者锁相环阻尼比的稳定域，二者控制器积分参数间也存在一定程度的耦合。最后，通过仿真验证了理论分析的正确性。

Abstract

There are a variety of power electronic devices in the combined operation system with variable-speed pumped storage units and direct-drive wind turbines

and the operation conditions are complex. It is urgent to conduct in-depth research on the stability of this type of system. When the small signal model of the doubly-fed induction machine (DFIM) is constructed

the rotational speed of the DFIM is used as a variable

and a small signal model of the pump-turbine is introduced to establish the broadband impedance model of the combined operation system in the

d-q-

0 coordinates. The system stability under different operation conditions and different parameters is analyzed accordingly. The analysis results show that the stability of the system with fast speed control mode is more affected by the electrical-side parameters. For the variable-speed pumped storage units and direct-drive wind turbines

the decrease of the damping ratio of the phase-locked loop of the former will increase the stability domain of damping the ratio of the latter. There is also a certain degree of coupling between the integral parameters of the two controllers. Finally

the correctness of the theoretical analysis is verified by simulation.

关键词

Keywords

references

李建林，田立亭，来小康 . 能源互联网背景下的电力储能技术展望［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 23 ）： 15 - 25 .

LI Jianlin ， TIAN Liting ， LAI Xiaokang . Outlook of electrical energy storage technologies under Energy Internet background ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 23 ）： 15 - 25 .

CHAZARRA M ， PÉREZ-DÍAZ J I ， GARCÍA-GONZÁLEZ J . Optimal joint energy and secondary regulation reserve hourly scheduling of variable speed pumped storage hydropower plants ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 103 - 115 .

高彦明，毛宏智，肖益民，等 . 大万山岛海水抽水蓄能电站地下厂房自然通风模拟研究［J］. 水利水电技术， 2021 ， 52 （ 3 ）： 11 - 22 .

GAO Yanming ， MAO Hongzhi ， XIAO Yimin ， et al . Study on simulation of natural ventilation of underground powerhouse of Dawanshan Island Seawater Pumped Storage Hydropower Station ［J］. Water Resources and Hydropower Engineering ， 2021 ， 52 （ 3 ）： 11 - 22 .

王欣竹 . 可变速抽蓄机组改善系统电压稳定性的应用研究［D］. 北京：华北电力大学， 2019 .

WANG Xinzhu . Research of variable speed pumped storage for improving power system voltage stability ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2019 .

KORITAROV V ， VESELKA T ， GASPER J ， et al . Modeling and analysis of value of advanced pumped storage hydropower in the United States ［R］. Argonne， USA ： Argonne National Laboratory （ANL）， 2014 .

PANNATIER Y ， KAWKABANI B ， NICOLET C ， et al . Investigation of control strategies for variable-speed pump-turbine units by using a simplified model of the converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2010 ， 57 （ 9 ）： 3039 - 3049 .

GAUTAM D ， VITTAL V . Impact of DFIG based wind turbine generators on transient and small signal stability of power systems ［C］// 2009 IEEE Power & Energy Society General Meeting ， July 26-30 ， 2009 ， Calgary， Canada ： 1 - 6 .

HAN M ， KAWKABANI B ， SIMOND J J . Eigenvalues analysis applied to the stability study of a variable speed pump turbine unit ［C］// 2012 International Conference on Electrical Machines ， September 2-5 ， 2012 ， Marseille， France ： 907 - 913 .

HSU Y Y ， SU C C . Application of power system stabilizer on a system with pumped storage plant ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1988 ， 3 （ 1 ）： 80 - 86 .

PIYASINGHE L ， MIAO Z X ， KHAZAEI J ， et al . Impedance model-based SSR analysis for TCSC compensated type-3 wind energy delivery systems ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2015 ， 6 （ 1 ）： 179 - 187 .

KAZEM BAKHSHIZADEH M ， WANG X F ， BLAABJERG F ， et al . Couplings in phase domain impedance modeling of grid-connected converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2016 ， 31 （ 10 ）： 6792 - 6796 .

XU Y Y ， NIAN H ， WANG T ， et al . Frequency coupling characteristic modeling and stability analysis of doubly fed induction generator ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 1475 - 1486 .

SHAH S ， PARSA L . Impedance modeling of three-phase voltage source converters in DQ， sequence， and phasor domains ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1139 - 1150 .

NIAN H ， CHEN L ， XU Y Y ， et al . Sequences domain impedance modeling of three-phase grid-connected converter using harmonic transfer matrices ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 627 - 638 .

郭春义，彭意，徐李清，等 . 考虑延时影响的MMC-HVDC系统高频振荡机理分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 119 - 126 .

GUO Chunyi ， PENG Yi ， XU Liqing ， et al . Analysis on high-frequency oscillation mechanism for MMC-HVDC system considering influence of time delay ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 119 - 126 .

QI J L ， CHAO P P ， JIN X M ， et al . Dynamic equivalent modeling of direct-drive PMSG wind farms based on the transient active power response characteristics ［C］// 2016 IEEE 8th International Power Electronics and Motion Control Conference （IPEMC-ECCE Asia）， May 22-26 ， 2016 ， Hefei， China ： 2925 - 2930 .

BESSAI H . MIMO signals and systems ［M］. Siegen ， Germany： Springer Science & Business Media ， 2006 .

LIANG J Q ， HARLEY R G . Pumped storage hydro-plant models for system transient and long-term dynamic studies ［C］// IEEE PES General Meeting ， July 25-29 ， 2010 ， Minneapolis， USA ： 1 - 8 .

陈新，王赟程，龚春英，等 . 采用阻抗分析方法的并网逆变器稳定性研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 7 ）： 2082 - 2094 .

CHEN Xin ， WANG Yuncheng ， GONG Chunying ， et al . Overview of stability research for grid-connected inverters based on impedance analysis method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 7 ）： 2082 - 2094 .

HARNEFORS L ， BONGIORNO M ， LUNDBERG S . Input-admittance calculation and shaping for controlled voltage-source converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2007 ， 54 （ 6 ）： 3323 - 3334 .

王康，金宇清，甘德强，等 . 电力系统小信号稳定分析与控制综述［J］. 电力自动化设备， 2009 ， 29 （ 5 ）： 10 - 19 .

WANG Kang ， JIN Yuqing ， GAN Deqiang ， et al . Survey of power system small signal stability and control ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2009 ， 29 （ 5 ）： 10 - 19 .

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