风力发电是我国应用规模最大的新能源发电方式，目前我国风电总装机容量居于世界第一位。随着新能源并网规模的日益扩大以及风火打捆输电方式的逐步实施，并网风电机组与同步发电机组之间的相互作用越来越明显，风电场对电力系统稳定性的影响也越来越显著。

近年来，风电场并网引起的次同步振荡事故多发，严重影响了事故相关区域电网的安全稳定运行，引起了国内外电力系统稳定性研究领域的广泛关注。

含大规模风电电网的运行经验表明，风电的随机性、波动性及间歇性可能会引起电网各子系统间交换功率的快速变化，引入新的振荡模式，相应的机电耦合作用可能会进一步诱发同步机组轴系次同步扭振现象，因此探究风电场并网对同步机轴系稳定性的影响具有重要的现实意义和理论价值。

风电场并网对同步机轴系次同步振荡稳定性的影响主要包括稳态潮流影响和动态交互作用影响两方面。首先，对于稳态潮流影响，在研究中通常将风电场等效为恒功率源进行研究，通过不同渗透率下同步机出力变化及交流系统潮流变化来分析轴系次同步振荡稳定性变化。

另外，对于风电机组与同步机组之间的动态交互作用影响，在研究中需充分考虑风电机的动态特性、换流器控制环节采取的控制方式及采用的控制参数对同步机轴系次同步振荡稳定性的影响。

双馈风力发电机（Doubly-Fed Induction Generators, DFIG）是目前市场主流机型之一，该机型能够实现有功功率和无功功率的解耦控制，其转子回路通过变流器与外部电网相连，变流器中有许多复杂控制环节；定子回路则直接与外部电网相连，与外部电网有直接的耦合作用。因此，DFIG比直驱永磁同步机（Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG）等其他类型的风电机组更容易与同步机轴系之间产生动态交互作用，引发电力系统次同步振荡事故。

目前，次同步振荡问题的研究方法主要包括频域分析法和模式分析法两大类。复转矩系数法作为频域分析法的一种，不仅能够避免模式分析中常见的“维数灾”问题，而且能够给出任一待研究频段上系统的阻尼特性，具备明确的物理意义，尤其适合研究轴系扭振及新能源并网引发的次同步振荡，近年来在风电并网系统次同步振荡分析领域得到了广泛的应用。

然而，传统的复转矩系数法只能用于分析系统的整体稳定性，无法研究并网风电机组和同步机组之间的动态交互作用，存在一定的应用局限性。同时，由于复转矩系数法最初提出时仅从物理意义出发，缺乏严格的数学证明，近年来有一些文献对其准确性进行了深入探究，表明该方法在某些特定场景下存在一定局限性。

新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 、四川大学电气工程学院的研究人员对复转矩系数法的稳定判据进行了改进和推广，将其扩展到含并网风电场的多输入多输出闭环互联模型的分析中，研究了DFIG风电场接入对同步机轴系稳定性的影响，并从阻尼弱化的角度分析了风机并网引发的近似强模式耦合现象。

研究人员所提出的分析方法与常用的模式分析法相比，不仅降低了计算量，并且分别考虑了风电场并网后系统潮流变化及动态交互作用对轴系稳定性的影响，能够从物理角度解释风机与同步机轴系之间的动态交互作用。

他们的主要研究结论有：

1）基于特征值灵敏度理论，给出了并网风电场与同步机组轴系之间的动态交互作用计算指标，提出了一种用于分析并网风电场引发多机电力系统轴系次同步振荡的改进复转矩系数法。所提方法在计算量上较复转矩系数法略有增加，在计算精度上较复转矩系数法有显著的提升。该方法能够有效地判断风电场并网后同步机轴系振荡模式稳定性，且能分别反映稳态潮流变化和动态交互作用两方面的影响，解决了传统方法存在的局限性和准确性两方面问题。

2）从根轨迹、参与因子、参数灵敏度及阻尼转矩多个角度研究了DFIG风电场振荡模式与同步机轴系振荡模式之间的近似强模式耦合现象，明确了其物理意义。

3）分析了风机换流器控制环节参数、输电系统负荷大小及风火发电机之间动态交互作用对同步机轴系与风机控制环节之间近似强模式耦合现象的影响，指出风机VSC参数的不合理、过大的线路负荷及动态交互作用均可能引发同步机轴系次同步振荡。

本文编自2020年第15期《电工技术学报》，论文标题为“基于改进复转矩系数法的风电场并网引发电力系统次同步振荡研究”，作者为王一珺、杜文娟、陈晨、王海风。