本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)，具體涉及一種用于直驅(qū)式風(fēng)機(jī)次同步振蕩的外特性分析方法。
背景技術(shù)：
：目前，風(fēng)電大規(guī)模集中式并網(wǎng)外送已經(jīng)成為最為廣泛的風(fēng)電外送形式，直驅(qū)式風(fēng)機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)簡單、高效率和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為主流的機(jī)型之一。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)通過背靠背的pwm變流器接入電網(wǎng)，不能顯著地提供系統(tǒng)的慣性，故直驅(qū)式風(fēng)機(jī)與弱交流電網(wǎng)相互作用時(shí)，系統(tǒng)中時(shí)有發(fā)生次同步頻率范圍(2～50hz)的功率振蕩。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)的控制策略復(fù)雜，不同廠家的控制參數(shù)差異較大，因此直驅(qū)式風(fēng)電發(fā)生次同步振蕩的內(nèi)在機(jī)理并不明確。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)生次同步振蕩的頻率范圍難以預(yù)測，其相應(yīng)的抑制措施也存在著是否具有普遍性和適用性的問題。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)生次同步振蕩時(shí)，必定伴隨能量的相互交換，即電感和電容兩種儲能元件間的能量交換。系統(tǒng)中存在電阻和電感，因此直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)生次同步振蕩的外特性必定呈現(xiàn)出負(fù)電阻和容抗的阻抗特性，當(dāng)直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的外阻抗特性中的負(fù)電阻絕對值大于系統(tǒng)中總電阻時(shí)，就會發(fā)生次同步振蕩。因此研究直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)的外特性可以分析次同步振蕩發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性，考察直驅(qū)式風(fēng)機(jī)可能發(fā)生次同步振蕩的頻率范圍，并對直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種用于直驅(qū)式風(fēng)機(jī)次同步振蕩的外特性分析方法，在不影響直驅(qū)式風(fēng)機(jī)正常并網(wǎng)的基礎(chǔ)上，考察發(fā)生次同步振蕩的頻率范圍。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟：步驟一、在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行過程中，向直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)處注入小值的次同步頻率電流isub，所述小值的次同步頻率電流isub的大小在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行電流的十分之一以內(nèi)；步驟二、測量風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)處的電壓，并且經(jīng)過濾波獲得次同步頻段的電壓usub；步驟三、分析次同步頻段電壓和電流的幅值相位關(guān)系，按照公式求解出直驅(qū)式風(fēng)機(jī)在次同步頻段下的外阻抗特性；步驟四、計(jì)算出直驅(qū)式風(fēng)機(jī)在次同步頻段下呈現(xiàn)的負(fù)電阻值和容抗值再結(jié)合系統(tǒng)中的電阻r和電抗值2πfsubl，按照公式計(jì)算得到次同步振蕩的頻率fsub；上式中的為直驅(qū)式風(fēng)機(jī)外特性的阻抗角；步驟五、改變注入的次同步頻率，重復(fù)步驟二至步驟四，根據(jù)直驅(qū)式風(fēng)機(jī)在不同的次同步振蕩頻率下的外阻抗特性，分析直驅(qū)式風(fēng)機(jī)易發(fā)生次同步振蕩的薄弱點(diǎn)。所述步驟一中電流isub的頻率范圍為10hz～40hz。所述步驟二通過10階巴特沃斯帶通濾波器進(jìn)行濾波。所述巴特沃斯帶通濾波器的截止頻率為5hz～45hz。所述的步驟三通過全波傅氏算法分析次同步頻段電壓和電流的幅值相位關(guān)系。所述步驟四中若|rsub|≥r，則直驅(qū)式風(fēng)機(jī)則會發(fā)生次同步振蕩。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行過程中，向直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)處注入小值的次同步頻率電流，即在直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)處并聯(lián)一個(gè)附加的次同步頻率小值電流源，獲得相應(yīng)次同步頻段的電壓之后，進(jìn)而就能夠準(zhǔn)確求解出直驅(qū)式風(fēng)機(jī)在次同步頻段下的外阻抗特性，然后根據(jù)風(fēng)機(jī)外特性呈現(xiàn)的負(fù)電阻和容抗值與系統(tǒng)側(cè)的電阻和感抗值，得到直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)的l-c-r等值電路，通過對該l-c-r等值電路進(jìn)行串聯(lián)諧振分析，最終能夠得到振蕩是否發(fā)生以及發(fā)生的振蕩頻率為多少，操作簡單，分析結(jié)果準(zhǔn)確。附圖說明圖1本發(fā)明的整體操作流程圖；圖2直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)的外特性分析法原理圖；圖3直驅(qū)式風(fēng)機(jī)單機(jī)無窮大系統(tǒng)仿真模型圖；圖4直驅(qū)式風(fēng)機(jī)次同步振蕩的外阻抗特性圖；圖5直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電流的頻譜分析圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明用于直驅(qū)式風(fēng)機(jī)次同步振蕩的外特性分析方法包括以下步驟：步驟一：不影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的前提下，向直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)處注入小值(風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行電流的十分之一以內(nèi))的次同步頻率電流isub，頻率范圍為10-40hz；步驟二：然后測得風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)處的電壓，并用10階巴特沃斯帶通濾波器(截止頻率為5-45hz)獲得次同步頻段的電壓usub；步驟三：利用全波傅氏算法分析次同步頻段電壓和電流的幅值相位關(guān)系，求解出直驅(qū)式風(fēng)機(jī)在次同步頻段下的外阻抗特性，即步驟四：根據(jù)本發(fā)明中提出的直驅(qū)式風(fēng)機(jī)外特性分析方法，準(zhǔn)確地計(jì)算出直驅(qū)式風(fēng)機(jī)在次同步頻段下呈現(xiàn)的負(fù)電阻和容抗值再結(jié)合系統(tǒng)中的電阻r和電抗值2πfsubl,計(jì)算得到次同步振蕩的頻率fsub；是直驅(qū)式風(fēng)機(jī)外特性的阻抗角；次同步振蕩的頻率計(jì)算方法：步驟五：改變注入小值電流的次同步頻率，重復(fù)步驟二至步驟四，分析直驅(qū)式風(fēng)機(jī)發(fā)生次同步振蕩的薄弱點(diǎn)。只要|rsub|≥r，直驅(qū)式風(fēng)機(jī)就會發(fā)生次同步振蕩；參見圖2，3，仿真系統(tǒng)模型為單機(jī)無窮大系統(tǒng)，即一臺1.6mw/0.69kv的直驅(qū)式風(fēng)機(jī)通過0.69/35kv箱變接入35kv的無窮大系統(tǒng)。詳細(xì)的仿真參數(shù)如下表所示。表1：仿真系統(tǒng)的參數(shù)仿真系統(tǒng)參數(shù)數(shù)值風(fēng)機(jī)額定容量/mw1.6風(fēng)機(jī)額定電壓/kv0.69濾波電感/h0.001變流器開關(guān)頻率/khz5聯(lián)接電阻/ω3.57聯(lián)接電感/h0.033變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)6％變壓器額定容量/mva2在直驅(qū)式風(fēng)機(jī)接入電網(wǎng)處注入0.05ka的次同步頻率(17.5hz)電流，通過10階巴特沃斯帶通濾波器(截止頻率為5-45hz)將流入直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的電流和并網(wǎng)點(diǎn)處電壓進(jìn)行濾波，獲得電壓和電流的次同步頻段分量。根據(jù)次同步頻段的電壓和電流，計(jì)算出直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的外阻抗特性，最終以電阻和電抗值的形式將直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的外特性呈現(xiàn)如圖4所示。折算到35kv側(cè)后，可得直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的外特性中電阻平均值為rsub＝-3.64ω，電容c＝5.469×10-4f，35kv系統(tǒng)側(cè)電阻和電感分別為r＝3.5743ω，l＝0.1495h。此時(shí)系統(tǒng)呈現(xiàn)次同步負(fù)阻尼的狀態(tài)，次同步振蕩頻率為為了說明該計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，針對直驅(qū)式風(fēng)機(jī)并網(wǎng)的單機(jī)無窮大模型進(jìn)行電磁暫態(tài)的時(shí)域仿真。仿真結(jié)果表明，直驅(qū)式風(fēng)機(jī)發(fā)生了頻率為17.43hz的次同步振蕩，并網(wǎng)點(diǎn)電流頻譜分析如圖5所示，本發(fā)明的外特性分析方法與電磁暫態(tài)仿真的結(jié)果非常一致，因此該方法能夠分析直驅(qū)式風(fēng)機(jī)是否發(fā)生次同步振蕩并計(jì)算其振蕩頻率，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。以上實(shí)施例僅為本發(fā)明推薦的一個(gè)模擬實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)與參數(shù)并不以任何形式限制本發(fā)明。該領(lǐng)域技術(shù)人員所做的基于
發(fā)明內(nèi)容原則內(nèi)的任何修改、變更及改進(jìn)等，將不影響該發(fā)明本質(zhì)內(nèi)容，均應(yīng)在本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12