專利名稱：一種利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)領(lǐng)域的方法，具體涉及一種利用附加阻尼控制器調(diào)制風(fēng)電機組提高大型風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)低頻振蕩阻尼特性的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)能利用的潛力巨大，陸地和海上風(fēng)能的可開發(fā)裝機總?cè)萘窟_(dá)到大約7 12億 kw，最新評估報告提出的數(shù)據(jù)甚至可達(dá)25億kW以上。我國政府關(guān)于風(fēng)電發(fā)展的承諾中，一項重要的組成部分就是建設(shè)七大“千萬千瓦級風(fēng)電基地”。七大風(fēng)電基地分別位于內(nèi)蒙古東部和西部、新疆哈密、甘肅酒泉、河北、吉林西部和江蘇沿岸及近海地帶。隨著風(fēng)電場的大規(guī)模發(fā)展，風(fēng)電機組的研究、制造與應(yīng)用水平也在不斷提高，從過去對風(fēng)能利用效率不高的恒速風(fēng)機發(fā)展到追求風(fēng)能最大轉(zhuǎn)換效率的變速恒頻風(fēng)電機組。其中，基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機的兆瓦級風(fēng)電機組因其在運行方面表現(xiàn)的諸多優(yōu)點，已成為當(dāng)前風(fēng)電市場的主流機型。與歐洲發(fā)達(dá)國家風(fēng)電分布式分散接入電網(wǎng)不同，我國風(fēng)電采用“大規(guī)模、高集中” 的開發(fā)模式和“大容量、高電壓、遠(yuǎn)距離”的輸送模式。在我國新疆哈密和甘肅河西走廊，具有豐富的風(fēng)力資源，同時也是我國重要的煤炭基地，將該地區(qū)的風(fēng)電與火電打捆外送，可以彌補風(fēng)功率出力不確定性，造成大容量外送輸電通道設(shè)備利用效率偏低等不利影響，保證能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和電力系統(tǒng)運營經(jīng)濟性。然而，遠(yuǎn)距離大容量電力外送，系統(tǒng)振蕩阻尼特性將會減弱，受故障或風(fēng)功率波動擾動，系統(tǒng)易出現(xiàn)低頻振蕩，危機電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。通過加強輸電網(wǎng)或安裝靈活交流輸電等一次裝置，雖能提高系統(tǒng)的振蕩阻尼，但會面臨巨額投資。通過控制雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子勵磁電流，可快速調(diào)節(jié)其輸出功率水平。另一方面，由于風(fēng)功率波動特點，風(fēng)機可在較大的出力范圍內(nèi)連續(xù)、穩(wěn)定運行。因此，利用附加功率控制器對系統(tǒng)受擾后的風(fēng)機出力進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過風(fēng)電場吞吐系統(tǒng)振蕩能量，則能夠達(dá)到抑制系統(tǒng)低頻振蕩、快速恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定的目的，實現(xiàn)提高風(fēng)火打捆大容量外送系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平和輸電能力。利用大容量風(fēng)電場附加阻尼控制改善電網(wǎng)動態(tài)特性，具有較好的經(jīng)濟性和廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用附加阻尼控制器調(diào)制風(fēng)電機組有功出力，提高大型風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)低頻振蕩阻尼特性的方法。依據(jù)雙饋風(fēng)電機組最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制的基本原理，引入交流電網(wǎng)受擾后低頻振蕩特征信號設(shè)計附加阻尼控制器，阻尼控制器輸出為風(fēng)機控制轉(zhuǎn)速的調(diào)制分量，通過對風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制實現(xiàn)其有功出力調(diào)節(jié)，從而達(dá)到抑制電網(wǎng)振蕩的效果。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)—種利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，其改進(jìn)之處在于，設(shè)計并網(wǎng)風(fēng)電場和風(fēng)電機組的阻尼控制器抑制并網(wǎng)系統(tǒng)低頻振蕩，所述方法包括以下步驟
(1)采用電力系統(tǒng)仿真計算工具，建立風(fēng)電機組及大型風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型；(2)在風(fēng)電機組最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，施加頻率范圍為0. 05-1. 5Hz的低頻振蕩信號，通過傅里葉分析，求取外送交流通道有功功率與轉(zhuǎn)速控制信號間的開環(huán)傳遞函數(shù)；基于所述開環(huán)傳遞函數(shù)以及所述電力系統(tǒng)目標(biāo)極點設(shè)計風(fēng)電機組附加阻尼控制器，并整定所述附加阻尼控制器參數(shù)；(3)對風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)施加三相短路大擾動，校核不同運行條件下風(fēng)機附加阻尼控制器對抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的效果；(4)根據(jù)步驟(3)中附加阻尼控制器抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩仿真計算的效果，微調(diào)控制器參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化所述電力系統(tǒng)低頻振蕩阻尼特性。本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟(1)中，所述風(fēng)電機組模型包括風(fēng)功率系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機及風(fēng)力發(fā)電機控制系統(tǒng)模型；所述交流電網(wǎng)中火電機組和水電機組均采用計及調(diào)節(jié)器的詳細(xì)模型；雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子側(cè)控制系統(tǒng)采用基于定子磁鏈定向的功率解耦控制，定子側(cè)采用基于電網(wǎng)電壓定向的功率解耦控制。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟O)中，在風(fēng)電機組最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，將頻率范圍為0. 05-1. 5Hz，增量為0. 05Hz的低頻小幅值振蕩信號Δ ω疊加至控制轉(zhuǎn)速參考值ω&上，即
權(quán)利要求
1.一種利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，其特征在于，設(shè)計并網(wǎng)風(fēng)電場和風(fēng)電機組的阻尼控制器抑制并網(wǎng)系統(tǒng)低頻振蕩，所述方法包括以下步驟(1)采用電力系統(tǒng)仿真計算工具，建立風(fēng)電機組及大型風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型；(2)在風(fēng)電機組最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，施加頻率范圍為0.05-1. 5Hz的低頻振蕩信號， 通過傅里葉分析，求取外送交流通道有功功率與轉(zhuǎn)速控制信號間的開環(huán)傳遞函數(shù)；基于所述開環(huán)傳遞函數(shù)以及所述電力系統(tǒng)目標(biāo)極點設(shè)計風(fēng)電機組附加阻尼控制器，并整定所述附加阻尼控制器參數(shù)；(3)對風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)施加三相短路大擾動，校核不同運行條件下風(fēng)機附加阻尼控制器對抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的效果；(4)根據(jù)步驟(3)中附加阻尼控制器抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩仿真計算的效果，微調(diào)控制器參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化所述電力系統(tǒng)低頻振蕩阻尼特性。
2.如權(quán)利要求1所述的利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述風(fēng)電機組模型包括風(fēng)功率系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機及風(fēng)力發(fā)電機控制系統(tǒng)模型；所述交流電網(wǎng)中火電機組和水電機組均采用計及調(diào)節(jié)器的詳細(xì)模型；雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子側(cè)控制系統(tǒng)采用基于定子磁鏈定向的功率解耦控制，定子側(cè)采用基于電網(wǎng)電壓定向的功率解耦控制。
3.如權(quán)利要求1所述的利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，其特征在于，所述步驟O)中，在風(fēng)電機組最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，將頻率范圍為0.05-1. 5Hz，增量為 0. 05Hz的低頻小幅值振蕩信號Δ ω疊加至控制轉(zhuǎn)速參考值上，即
4.如權(quán)利要求1所述的利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在大型風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)不同運行條件下，驗證附加阻尼控制器抑制低頻振蕩的有效性；所述大型風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生大擾動，仿真校驗電力系統(tǒng)不同運行方式以及風(fēng)電場不同出力水平下的附加阻尼控制器抑制系統(tǒng)低頻振蕩的有效性。
5.如權(quán)利要求2所述的利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，其特征在于，所述風(fēng)電機組包括雙饋變速恒頻率風(fēng)電機組；所述雙饋變速恒頻率風(fēng)電機組的主要部件包括風(fēng)功率系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機和風(fēng)機控制系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求3所述的利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，其特征在于，求取所述附加阻尼控制器參數(shù)，對所述主導(dǎo)極點進(jìn)行相位及幅值補償。
7.如權(quán)利要求5所述的利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，其特征在于，所述風(fēng)功率系統(tǒng)建模過程如下所述風(fēng)功率系統(tǒng)模擬包括三個部分風(fēng)速模擬系統(tǒng)、風(fēng)輪機組特性模擬以及葉片角控制部分；所述風(fēng)功率系統(tǒng)輸出為風(fēng)力發(fā)電機輸入機械轉(zhuǎn)矩；動態(tài)風(fēng)速可模擬基本風(fēng)Vwb、陣風(fēng)Vwg、漸變風(fēng)、隨機噪聲風(fēng)V ，合成風(fēng)速V為
8.如權(quán)利要求5所述的利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機組采用鼠籠式感應(yīng)電動機模擬；所述風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路通過發(fā)電機滑環(huán)與外界電壓源互聯(lián)；所述風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓Urf與不等于0，雙饋感應(yīng)發(fā)電機通過控制所述風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子外界電壓，可控制風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子輸出的有功和無功功率；同步旋轉(zhuǎn)dqO坐標(biāo)系下雙饋感應(yīng)發(fā)電機的電壓方程為
9.如權(quán)利要求5所述的利用風(fēng)電機組附加阻尼控制器提高系統(tǒng)阻尼的方法，其特征在于，所述風(fēng)機控制系統(tǒng)分為兩層第一層為風(fēng)力機最優(yōu)風(fēng)功率跟蹤控制及風(fēng)電機組無功功率控制，所述風(fēng)力機最優(yōu)風(fēng)功率跟蹤根據(jù)實時風(fēng)速以及確定風(fēng)機轉(zhuǎn)子最優(yōu)轉(zhuǎn)速；所述風(fēng)電機組無功功率控制根據(jù)無功功率控制策略確定風(fēng)電機組的無功參考值；第二層為功率解耦控制，以第一層控制所確定的最優(yōu)轉(zhuǎn)速及無功功率參考值為控制目標(biāo)，實現(xiàn)定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的有功和無功解耦控制。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種利用附加阻尼控制器調(diào)制風(fēng)電機組有功出力，提高大型風(fēng)電場并網(wǎng)系統(tǒng)低頻振蕩阻尼特性的方法。本發(fā)明依據(jù)雙饋風(fēng)電機組最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制的基本原理，引入交流電網(wǎng)受擾后低頻振蕩特征信號設(shè)計附加阻尼控制器，阻尼控制器輸出為風(fēng)機控制轉(zhuǎn)速的調(diào)制分量，通過對風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制實現(xiàn)其有功出力調(diào)節(jié)，從而達(dá)到抑制系統(tǒng)振蕩的效果。將本發(fā)明應(yīng)用到大型并網(wǎng)風(fēng)電場，能夠增強受擾后系統(tǒng)低頻振蕩阻尼特性，快速抑制系統(tǒng)振蕩，提升電網(wǎng)接納大容量新能源電力的能力。
文檔編號H02J3/24GK102255325SQ201110175859
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者丁劍, 唐曉駿, 宋云亭, 尚慧玉, 張志強, 張鑫, 鄭超, 陳得治, 雷虹云, 馬世英 申請人:中國電力科學(xué)研究院