在新能源滲透率不斷提高的具有背景下，風力發電憑借著無污染、可再生、裝機靈活、運維成本低等優點，迅速在可再生能源發電領域占據重要位置。然而，我國風電集中并網地區往往具有電網結構薄弱、就地負荷小、并網點缺乏無功支撐等特點，易受風電功率時變性和強波動性的影響，容易出現并網地區電壓不平衡問題，嚴重時會導致大量風機脫網，威脅電力系統的安全穩定運行。
根據國家標準GB/T15543要求，電力系統中風電匯集系統匯集母線的電壓不平衡度長時間不超過2%，短時間不超過4%，因此，明確風電機組之間、風電機組與電網之間的相互作用對分析匯集母線電壓不平衡的產生機理、找出電壓不平衡的主導影響因素具有重要意義。
相較于傳統的發生在低電壓等級的配電網電壓三相不平衡，風電匯集地區的三相電壓不平衡主要發生在包括高壓線路的風電匯集和送出系統，呈現時空多樣性和變化特性，與風電場空間分布、風電出力等有強相關性。目前已有相關文獻針對風電匯集系統電壓不平衡產生機理及影響因素展開研究。然而，相關文獻均將研究重點聚焦在輸電線路參數、輸電線路換位方式及負載參數等網側因素，未分析風速、風電機組臺數、風電場空間分布等源側因素對電壓不平衡的影響。
風電機組作為源側結構的主要組成部分，其模型的精確建立是研究匯集母線電壓不平衡機理分析的基礎，其中，在三相不平衡背景下，基頻負序阻抗模型尤為重要。在相關文獻中，各學者分別建立了DFIG動態模型，逆變器的諧波導納、阻抗模型，以及不平衡工況下風電機組的優化控制策略，均未進行詳細的風電機組基頻負序阻抗建模。
目前風電匯集系統電壓不平衡問題雖然得到了一定的關注，但研究主要集中于線路、負荷等網側因素對電壓不平衡的影響，以及不平衡工況下風電機組的優化控制策略研究，對源側因素尤其是風電機組自身的控制參數、出力情況、空間分布等對電壓不平衡的影響關注較少，未能明確大規模風電匯集地區的三相電壓不平衡機理。
為了分析風電匯集系統電壓不平衡產生機理，新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學）、國網冀北電力有限公司電力科學研究院的劉其輝、逄思敏、吳林林、劉輝、徐曼，在2022年第21期《電工技術學報》上撰文，以我國華北某風電匯集電網為研究對象，建立了計及網側變流器（GSC）、機側變流器（RSC）及鎖相環（PLL）控制環節的雙饋風力發電機（DFIG）的基頻負序阻抗模型，并由單機模型推廣至風電場集群基頻負序阻抗模型；然后，基于實際風電匯集系統，構建風電匯集地區負序等效電路，剖析風電匯集地區電壓不平衡機理，分析源、網側主要因素對匯集母線電壓不平衡的影響規律，在一定程度上填補了從源側因素出發分析電壓不平衡機理的研究缺口。
研究人員經過分析發現，增大DFIG的RSC電流控制環比例參數Krp，減小風電場運行風速，減少風電機組臺數及減小系統的等值電抗值均會加劇匯集母線的電壓不平衡度，而改變匯集母線之間的輸電線路長度對不同匯集母線電壓不平衡度的影響不同。
他們基于我國華北地區某典型風電匯集電網開展研究，得出的三相電壓不平衡規律、影響因素等結論，對于研究其他高比例風電接入電網的三相不平衡問題具有一定的普適性參考價值。所提出的基于基頻負序阻抗模型的分析方法，可為新能源接入電網的電能質量分析和治理提供理論基礎。
本文編自2022年第21期《電工技術學報》，論文標題為“大規模風電匯集系統電壓不平衡機理、因素及影響規律”。本課題得到國家電網公司科技項目的支持。
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