66
Key words:
wind turbine, double fed induction generator, hybrid simulation, transients
I.
В
ВЕДЕНИЕ
В настоящее время одним из основных
направлений
развития
и
совершенствования
электроэнергетических систем (ЭЭС) является внедрение
возобновляемых
источников
энергии
(ВИЭ),
преимущественно используются ветроэнергетические
установки (ВЭУ), которые становится основным
источником электроэнергии во многих странах.
Доминирующим типом ветроэнергетических установок
(ВЭУ) в мире является ВЭУ на базе асинхронного
генератора двойного питания (АГДП) [1]. Такие ВЭУ
представляет собой ветротурбину, соединенную через
редуктор с асинхронным генератором. При этом статор
генератора
подключен
непосредственно
к
сети
переменного тока, а трехфазный ротор питается от
силового преобразователя (СП), соединенного с сетью
через трансформатор. Согласно IEEE, классификации
WECC и IEС, такие конструкции относятся к ВЭУ 3-го
типа [2].
Интеграция ВЭУ 3-го типа в ЭЭС, оказывает
влияние на ее динамические свойства и устойчивость.
Ввиду применения технологий и средств управления на
основе силовых преобразователей (СП), стали появляться
новые виды нарушения устойчивости. Энергосистемы
стали более зависимы от быстродействующих, сложных
систем управления [3]. Таким образом, масштабное
внедрение таких ВЭУ в ЭЭС ставит новые вызовы в
оценке их устойчивой работы.
II.
А
НАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ И ПОСТАНОВКА
ПРОБЛЕМЫ
Для решения возникающих проблем, связанных с
анализом устойчивости современных и будущих ЭЭС с
ВЭУ 3-го типа, с разработкой мероприятий и средств её
сохранения и повышения, необходима полная и
достоверная информация о процессах в ВЭУ и ЭЭС при
нормальных и анормальных режимах их работы.
Основным способом получения такой информации
является математическое моделирование. В настоящее
время доминирующим является подход, основанный на
численном интегрировании систем обыкновенных
дифференциальных уравнений (positive-sequence time-
domain simulation), который используется во всех
программно-вычислительных комплексах (ПВК) расчёта
режимов и процессов. Однако данному подходу и,
соответственно, ПВК присущи различные упрощения и
ограничения, подробно рассмотренные в [4].
В последнее время был достигнут значительный
прогресс и в разработке общих, универсальных моделей
для исследования взаимодействия разных ВЭУ с ЭЭС,
которые продолжают совершенствоваться. В [2, 5]
представлены модели ВЭУ 3 типа, рекомендуемые для
изучения устойчивости ЭЭС и моделирования различных
режимов работы ЭЭС с ВЭУ, которые разработаны
инженерами WECC и IEC. Модели широко применяются в
ПВК расчета режимов и процессов и известны как общие
(зарубежный термин – «generic») модели.
В результате анализа моделей выделены
ограничения оказывающие наибольшее влияние на
полноту и достоверность получаемой информации в
результате моделирования: модели не учитывают такие
явления, как наличие гармонических составляющих,
пульсации и другие электромагнитные эффекты; диапазон
воспроизведения процессов в моделях ограничен (0,1–3
Гц); цепь постоянного тока не воспроизводится,
преобразователь и все его контуры САУ моделируются в
виде алгебраических уравнений.
Соответственно актуальным является вопрос
влияния этих ограничений и упрощений в общих моделях
ВЭУ 3 типа на устойчивость ЭЭС. Для того, чтобы
оценить влияние упрощений предлагается использование
Всережимного моделирующего комплекса реального
времени электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС)
[4]. ВМК РВ ЭЭС достоверно воспроизводит на
неограниченном интервале значимый единый спектр
волновых, электромагнитных, электромеханических и
теплоэнергетических процессов. Для этого в качестве
эталона модели ВЭУ 3 типа была разработана и создана
детальная модель, применяемая в ВМК РВ ЭЭС.
III.
М
АТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве ПВК выбран распространенный в
России ПВК Eurostag, в котором доступны две
разновидности общих моделей:
– общая (generic) модель, реализованная согласно
WECC модели второго поколения, с упрощенным
представлением интерфейса генератор-преобразователь
(Далее – Модель 1). В [5] приводится ее подробное
описание с примерами верификации и основными
параметрами.
– модель, воспроизводящая динамику АГДП с
упрощенным представлением преобразователя (Далее –
Модель 2). В [6] представлено подробное описание ее
математической модели.
Модель СП в обозначенных моделях представлена
эквивалентной схемой Нортона (модифицированная схема
Тевенина), которая воспроизводит интерфейс генератор-
преобразователь как источник напряжения.
В целом идеология реализации Модели 2
полностью совпадает с Моделью 1. САУ имеют
одинаковые стратегии. Основное отличие моделей
заключается в детальном представлении модели
электрической машины. Кроме того, в Модели 2 имеется
прямая связь машины с энергосистемой, как и в
реальности.
В основе собственно разработанной модели ВЭУ 3
типа, интегрированной в ВМК РВ ЭЭС заложен
