輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）的研究人員姚駿,、周特、陳知前,，在2016年第1期《電工技術學報》上撰文，從建立并網(wǎng)異步風電場簡化等效模型出發(fā),，詳細分析了含線路參數(shù)的大容量異步風電場暫態(tài)特性和功率特性，并在此基礎上定量分析了異步風電場的臨界切除時間與無功設備補償容量間的關系,，最終提出了基于臨界切除時間的大容量異步風電場靜止同步補償器的容量配置方法,。

該配置方法可計算滿足電網(wǎng)導則中低電壓穿越要求的大容量異步風電場所需配置的最小靜止同步補償器無功補償設備容量，并通過仿真平臺驗證了所提計算方法的正確性,。最后對影響異步風電場的低電壓穿越能力的相關因素進行了深入分析,，揭示了大電網(wǎng)與異步風電場間電氣距離與其所需配置靜止同步補償器設備容量間的關系，以及靜止同步補償器配置容量對異步風電場暫態(tài)運行特性的影響,。

隨著風電機組裝機容量的不斷增長,，各國電網(wǎng)均要求風電機組在電網(wǎng)電壓跌落時需要具備低電壓穿越能力[1]。雙饋異步風電機組[2-4]（Doubly Fed Induction Generator,，DFIG）和永磁直驅同步風電機組[5,6]（Permanent Magnet Synchronous Generators,，PMSG）可以通過改進變換器的控制策略或拓撲結構實現(xiàn)低電壓穿越。

而對于定子直接與電網(wǎng)連接的定速異步風力發(fā)電機組,，難以通過增加crowbar電路或改進控制策略來提升其低電壓穿越能力,，這在2011年頻繁出現(xiàn)的大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)事故中得到了體現(xiàn)[7-9]。

大容量異步風電場并網(wǎng)點并聯(lián)電容器組可補償異步電機穩(wěn)態(tài)運行期間所需無功功率,，但電網(wǎng)故障期間其無功支撐能力較差,。為提高定速異步風電場的低電壓穿越能力，目前國內外相關機構均開展了一些研究,，并提出了增加輔助無功補償設備的異步風電機組低電壓穿越改造方案,。

根據(jù)所增輔助設備類型，可以分為動態(tài)制動電阻（Dynamic Breaking Resistor,，DBR）,、動態(tài)電壓補償器（Dynamic Voltage Restorer，DVR）,、靜止同步補償器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)和全功率變流器4種改造方案[10-13],。

雖然DBR和DVR方案對故障反應靈敏、補償效果較好,，但無法在電壓跌落期間向電網(wǎng)提供無功電流,；全功率變流器方案既可以解決低電壓穿越問題，又能夠向電網(wǎng)提供無功電流,，但其采用背靠背的全功率變流器導致改造成本較高,。

為提高定速異步風電場低電壓穿越能力且滿足電網(wǎng)導則中風電場在電網(wǎng)電壓跌落期間向電網(wǎng)注入無功電流的要求，STATCOM作為一種改造成本相對較低的方案逐步受到國內外的廣泛關注[14-19],。

文獻[14-16]提出在定速異步風電場公共連接點（Point of Common Coupling,，PCC）安裝STATCOM以快速調節(jié)電網(wǎng)故障期間無功功率，迅速支撐風電機組機端電壓,，抑制機組轉速上升使其保持在臨界轉差范圍內,，以保證風電機組滿足電網(wǎng)導則要求，從而提高異步風電場的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性,。但上述文獻均未考慮故障期間電壓抬升效果與短路點位置關系,。

文獻[17-19]通過對異步電機暫態(tài)特性以及STATCOM改善異步風電場低電壓穿越性能原理的分析，給出了異步電機臨界切除時間（Critical Clearing Time, CCT）的定義,，并定性分析了異步電機臨界轉速,、無功補償容量與系統(tǒng)穩(wěn)定性關系，其中文獻[19]提出了針對電網(wǎng)故障的STATCOM改進控制策略,，與傳統(tǒng)控制策略相比可減小風電場并網(wǎng)點無功補償設備容量,。

現(xiàn)有大量研究的重點均集中于異步風電場暫態(tài)特性以及STATCOM的控制策略，對于如何定量計算滿足異步風電場暫態(tài)運行要求的STATCOM無功補償設備容量很少涉及,。

實際中,，對于定速型異步風電場的低電壓穿越改造，無功補償設備容量的配置在一定程度上決定了改造的可行性與經(jīng)濟性,。文獻[20]對風電場的無功補償容量配置做了理論上的探討,，提出風電場應根據(jù)其穩(wěn)態(tài)運行期間所需無功功率確定其無功補償設備容量。

文獻[21]提出以節(jié)省電能損失費用最大為目標的無功補償設備最優(yōu)配置容量的方法,。文獻[22]則提出通過保持異步風電場PCC點功率因數(shù)為定值而非單位功率因數(shù)運行方式可減小STATCOM無功補償設備的配置容量,，并提出根據(jù)Q-U曲線確定STATCOM配置容量的方法。

雖然以上研究可為異步風電場穩(wěn)態(tài)運行期間STATCOM無功補償設備容量配置的確定提供依據(jù),，但均未涉及異步風電場暫態(tài)運行期間的無功補償設備容量的配置問題,。因此,，有必要研究使異步風電場滿足電網(wǎng)導則中低電壓穿越要求的STATCOM無功補償裝置容量的配置方法。

本文從異步風電場等效模型出發(fā),，詳細分析含線路參數(shù)的大容量異步風電場暫態(tài)特性和功率特性,，并在此基礎上定量分析異步風電場臨界切除時間與無功設備補償容量間關系，最終提出基于CCT的滿足低電壓穿越要求的大容量異步風電場無功補償設備容量的確定方法,，并通過仿真計算驗證了所提計算方法的正確性,。

同時，詳細分析了風電場與大電網(wǎng)間電氣距離與STATCOM容量配置間的關系,，以及STATCOM容量對異步風電場暫態(tài)運行特性的影響,。

圖1 并聯(lián)STATCOM的大容量異步風電場拓撲結構

結論

本文提出了利用異步風電場的轉矩特性與系統(tǒng)潮流確定其在電網(wǎng)故障下所需配置的STATCOM無功補償設備容量的配置方法。通過仿真研究表明,，所提方法可確定滿足電網(wǎng)低電壓穿越要求的大容量異步風電場所需配置的最小STATCOM無功補償設備容量,，可為實際工程中確定異步風電場無功補償設備容量提供參考。

此外,，本文揭示了大電網(wǎng)與異步風電場間電氣距離和STATCOM容量配置間的非線性關系,，以及隨著STATCOM配置容量的增加其性價比將隨之降低的特點，為進一步提高異步風電場無功補償方案的經(jīng)濟性提供了指導,。下一步將對電網(wǎng)電壓不對稱故障時STATCOM輔助異步風電場完成低電壓穿越的控制策略及容量配置方法展開深入研究,。