本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)控制技術領域，具體地，涉及一種抑制雙饋風電機組次同步諧振的控制方法。

背景技術：

風電是一種清潔無污染、可以大規(guī)模應用的可再生能源。風力發(fā)電并網(wǎng)運行是實現(xiàn)風能大規(guī)模利用的主要途徑。雙饋感應發(fā)電機(doubly-fedinductiongenerator，dfig)，由于其具有靈活的有功無功控制能力而在實際風電場中得到廣泛應用。

由于我國風能資源與負荷中心整體又呈逆向分布，風電的大規(guī)模、高電壓、遠距離輸送必不可少。為了實現(xiàn)風能遠距離輸電，提高風能利用率，串聯(lián)補償是目前采用的有效技術措施之一。然而串聯(lián)補償電容的使用，也引發(fā)了風電機組產(chǎn)生次同步諧振(sub-synchronousresonance，ssr)的風險。2009年10月，位于美國德克薩斯州南部的zorillogul風電機組發(fā)生了一起次同步諧振的重大事故，并由此引發(fā)了對風力發(fā)電系統(tǒng)次同步諧振問題的廣泛關注。

利用雙饋風電機組自身控制器，通過引入阻尼控制環(huán)節(jié)來抑制次同步諧振的方式，不需要增加額外設備，是一種經(jīng)濟有效的方式。傳統(tǒng)方法一般在控制系統(tǒng)中利用相位補償原理以附加阻尼模塊，增加電氣阻尼，達到抑制雙饋風電機組次同步諧振的目的。但傳統(tǒng)設計方法，參數(shù)整定計算相對復雜，也缺乏對清晰的物理機理認識。

對于雙饋風電機組，其在次同步頻率下，轉子等效電阻呈負值。當轉子等效電阻的幅值超過了定子和輸電線路的等效電阻之和時，從系統(tǒng)側看過去，整個系統(tǒng)電阻值將呈現(xiàn)負值，這將導致線路電流持續(xù)發(fā)散振蕩，即系統(tǒng)產(chǎn)生次同步諧振現(xiàn)象。

但對于雙饋電機，由于變流器控制回路的存在，其控制回路參數(shù)將影響雙饋風電機組轉子回路等效電阻值，進而影響系統(tǒng)的阻尼，而現(xiàn)有分析方法中，通常忽略了變流器控制回路的存在，將雙饋電機等效為異步發(fā)電機，必然造成分析結果的誤差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種抑制雙饋風電機組次同步諧振的控制方法，解決了現(xiàn)有的方法存在參數(shù)計算復雜，分析結果存在誤差的技術問題，實現(xiàn)了充分考慮雙饋風電機組轉子側變流器控制回路參數(shù)對系統(tǒng)次同步諧振的影響，并且參數(shù)整定靈活、簡單，可有效抑制雙饋風電機組的次同步諧振的技術效果。

為解決上述技術問題，本申請?zhí)峁┝艘环N抑制雙饋風電機組次同步諧振的控制方法，所述方法具體為：當串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等值電抗xeq(ω)＝0時，控制對應頻率點串補并網(wǎng)系統(tǒng)等值電阻req(ω)＞0，進而抑制雙饋風電機組次同步諧振。

本申請中的方法利用等值阻抗法分析雙饋風電機組經(jīng)并網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振現(xiàn)象時，考慮了變流器控制回路的影響。本方法能夠得到雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電阻和等效電抗隨頻率變化的趨勢。根據(jù)次同步諧振的機理，雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振阻尼大小與系統(tǒng)等值電抗xeq(ω)＝0時所對應頻率點系統(tǒng)等值電阻xeq(ω)的大小有關。當?shù)戎惦娍箈eq(ω)＝0時所對應頻率點系統(tǒng)等值電阻req(ω)＞0，則表示系統(tǒng)次同步諧振阻尼為正，不會發(fā)生次同步諧振現(xiàn)象；當?shù)戎惦娍箈eq(ω)＝0時所對應頻率點系統(tǒng)等值電阻req(ω)＜0，則表示系統(tǒng)次同步諧振阻尼為負，將會產(chǎn)生次同步諧振現(xiàn)象。

進一步的，所述方法具體為：雙饋風電機組轉子兩側分別附加阻尼控制模塊，阻尼控制模塊包括：帶通濾波器和比例放大器，帶通濾波器與比例放大器連接，比例放大器與轉子電壓控制回路連接；分別以雙饋電機轉子電流q軸分量和d軸分量作為輸入量，經(jīng)過帶通濾波器，再經(jīng)過-kr的比例放大器，得到轉子d軸和q軸的附加電壓信號；

帶通濾波器閉環(huán)傳遞函數(shù)如下：

選取kr補償轉子側變流器控制回路等效電阻rrsc,eq和轉子繞組電阻rr，即：

rr+rrsc,eq-kr＝0。

進一步的，所述方法具體包括：

建立雙饋風電機組轉子側變流器控制回路的等效電路模型；

基于建立的雙饋風電機組轉子側變流器控制回路的等效電路模型，并結合雙饋風電機組模型，獲得雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路模型；

基于雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路模型，獲得雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電阻和等效電抗隨頻率變化的趨勢：當串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等值電抗xeq(ω)＝0時，控制對應頻率點串補并網(wǎng)系統(tǒng)等值電阻req(ω)＞0，進而抑制雙饋風電機組次同步諧振。

進一步的，頻域下轉子側變流器的等效電阻和等效電抗為：

其中，kp1、kp2為雙饋電機轉子側變流器功率外環(huán)和電流內環(huán)的比例系數(shù)；ki1、ki2為雙饋電機轉子側變流器功率外環(huán)和電流內環(huán)的積分系數(shù)；ls、lr、lm為雙饋電機定子自感、轉子自感、定轉子互感。

進一步的，所述建立雙饋風電機組轉子側變流器控制回路的等效電路模型，具體包括：

基于雙饋風電機組轉子側變流器的雙閉環(huán)控制回路，該回路由功率外環(huán)和電流內環(huán)構成；對于功率外環(huán)，令uref＝pref+jqref，通過對pi控制器進行電路等效，推導出雙饋風電機組轉子側變流器控制回路的等效電路初步模型；進一步對上述初步模型進行戴維南等效，則雙饋風電機組轉子側變流器控制回路的等效電路模型簡化為一個電壓源與阻抗的串聯(lián)模型。

進一步的，頻域下雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電阻和等效電抗的解析表達式為：

式中，rs、rl分別為雙饋電機定子電阻、輸電線路電阻；lls、llr分別為雙饋電機定轉子漏感；ωr為雙饋電機轉子電角速度；cl為串補電容。

本申請?zhí)峁┑囊粋€或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優(yōu)點：

由于本發(fā)明從轉子側變流器pi控制回路等值電路出發(fā)，建立了雙饋風電機組轉子側變流器的等效電路模型，結合雙饋風電機組模型，進而獲得雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路模型，并推導出雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電阻和等效電抗解析表達式，據(jù)此可方便分析雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振現(xiàn)象，在此基礎上，引入附加阻尼控制環(huán)節(jié)，使得當串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等值電抗xeq(ω)＝0時，對應頻率點串補并網(wǎng)系統(tǒng)等值電阻req(ω)＞0，進而抑制雙饋風電機組次同步諧振。所以有效解決了現(xiàn)有的方法存在參數(shù)計算復雜，分析結果存在誤差的技術問題，進而實現(xiàn)了充分考慮雙饋風電機組轉子側變流器控制回路參數(shù)對系統(tǒng)次同步諧振的影響，并且參數(shù)整定靈活、簡單，可有效抑制雙饋風電機組的次同步諧振的技術效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明實施例的限定；

圖1是轉子側變流器控制回路示意圖；

圖2是轉子側變流器的等效電路模型示意圖；

圖3是雙饋風電機組轉子側變流器控制回路戴維南等效電路模型示意圖；

圖4是雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路模型示意圖；

圖5是雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的戴維南等效電路示意圖；

圖6是dfig轉子側附加阻尼控制框圖；

圖7是考慮轉子側附加阻尼控制的雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路模型示意圖；

圖8是雙饋風電機組有功功率、串聯(lián)補償電容電壓、雙饋電機轉子轉速的動態(tài)變化過程示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種抑制雙饋風電機組次同步諧振的控制方法，解決了現(xiàn)有的方法存在參數(shù)計算復雜，分析結果存在誤差的技術問題，實現(xiàn)了充分考慮雙饋風電機組轉子側變流器控制回路參數(shù)對系統(tǒng)次同步諧振的影響，并且參數(shù)整定靈活、簡單，可有效抑制雙饋風電機組的次同步諧振的技術效果。

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在相互不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述范圍內的其他方式來實施，因此，本發(fā)明的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。

本申請?zhí)峁┝艘环N抑制雙饋風電機組次同步諧振的控制方法，包括：

1、建立雙饋風電機組轉子側變流器的等效電路模型。

圖1所示為雙饋風電機組轉子側變流器的雙閉環(huán)控制回路，由功率外環(huán)和電流內環(huán)構成。其中kp1、ki1為功率外環(huán)的比例和積分系數(shù)；pref、ps表示有功功率參考值和量測值；qref、qs表示無功功率參考值和量測值；ird_ref、ird分別為電流環(huán)d軸參考值和轉子電流值；irq_ref、irq分別為電流環(huán)q軸參考值和轉子電流值；urd，urq分別為d軸和q軸轉子電壓值。

對于功率外環(huán)，令uref＝pref+jqref，這樣轉子側變流器控制回路就可看成由電壓跟蹤型pi控制單元構成的功率外環(huán)，以及由電流跟蹤型pi控制單元構成的電流內環(huán)組成，通過對pi控制器進行電路等效，可推導出雙饋風電機組轉子側變流器控制回路的等效電路模型，如圖2所示。

進一步對上述電路進行戴維南等效，則雙饋風電機組轉子側變流器控制回路的等效電路模型可簡化為一個電壓源與阻抗的串聯(lián)，如圖3所示。

圖3中，

將s＝jω帶入上式子，可得到頻域下轉子側變流器的等效電阻和等效電抗：

2、建立雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路模型

根據(jù)1)給出的雙饋風電機組轉子側變流器控制回路的等效電路模型，再結合雙饋電機模型，可得到如圖4所示雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路模型。

圖4中l(wèi)t1、lt2、ll風電機組及輸電線路升壓變壓器電感、輸電線路電感；lls、llr、lm為雙饋電機定子漏感、轉子漏感、定轉子互感；rs、rr、rl分別為定轉子電阻、輸電線路電阻；cl為串補電容。轉差率sslip＝(ω1-ωr)/ω1，在復頻域下轉差率可表示為：

進一步對上述電路進行戴維南等效，圖4所示雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路模型可進一步簡化如圖5所示。

其中，雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的戴維南等效電壓源為：

雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的戴維南等效阻抗：

將s＝jω帶入式子，可得到頻域下雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電阻和等效電抗的解析表達式：

式中，rrsc,eq(ω)、xrsc,eq(ω)由1給出。

通過上述req(ω)、xeq(ω)的解析表達式，我們可以得到雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電阻和等效電抗隨頻率變化的趨勢。根據(jù)次同步諧振的機理，雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振阻尼大小與系統(tǒng)等值電抗xeq(ω)＝0時所對應頻率點系統(tǒng)等值電阻xeq(ω)的大小有關。當?shù)戎惦娍箈eq(ω)＝0時所對應頻率點系統(tǒng)等值電阻req(ω)＞0，則表示系統(tǒng)次同步諧振阻尼為正，不會發(fā)生次同步諧振現(xiàn)象；當?shù)戎惦娍箈eq(ω)＝0時所對應頻率點系統(tǒng)等值電阻req(ω)＜0，則表示系統(tǒng)次同步諧振阻尼為負，將會產(chǎn)生次同步諧振現(xiàn)象。

因此，只要保證等值電抗xeq(ω)＝0時所對應頻率點系統(tǒng)等值電阻req(ω)＞0，系統(tǒng)就不會發(fā)生系統(tǒng)諧振現(xiàn)象。正是基于此，本發(fā)明通過對雙饋風電機組的轉子側變流器進行改進，以增大次同步頻率下的系統(tǒng)等值電阻，進而增大系統(tǒng)次同步阻尼，起到抑制次同步諧振的作用。

3)抑制雙饋風電機組次同步諧振的附加阻尼控制方法

本發(fā)明設計的次同步諧振控制策略如圖6所示。分別以雙饋電機轉子電流q軸分量和d軸分量作為輸入量，經(jīng)過帶通濾波器，目的是僅讓次同步頻率電流流過，再經(jīng)過-kr的比例放大器，得到轉子d軸和q軸的附加電壓信號。

帶通濾波器采用巴特沃斯(butterworth)濾波器，其閉環(huán)傳遞函數(shù)如下：

為了不影響雙饋電機低電壓穿越控制，kr的不易過大，本文選取kr剛好補償轉子側變流器控制回路等效電阻rrsc,eq和轉子繞組電阻rr，即

rr+rrsc,eq-kr＝0

圖7給出了附加阻尼控制環(huán)節(jié)后的雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效阻抗模型?？梢钥闯?，增加附加阻尼控制環(huán)節(jié)后相當于在轉子側電路上串聯(lián)了一個電阻值為-kr的電阻，使得轉子側等效電阻變?yōu)閞r,eq＝(rr+rrsc,eq-kr)/sslip。因為在次同步頻率下，轉子側等效電阻呈負值，串入一個電阻值為-kr的電阻可以減小整個轉子側等效負電阻的幅值，進而增大系統(tǒng)等值電阻，進而增大系統(tǒng)次同步阻尼，起到抑制次同步諧振的作用。

為了驗證本文提出的方法的有效性，本文在matlab/simulink中搭建了雙饋風電機組經(jīng)串聯(lián)補償線路并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型，進行暫態(tài)性能時域仿真分析，在t＝5s時投入串聯(lián)補償電容，并觀察投入串聯(lián)補償電容后系統(tǒng)運行狀態(tài)的動態(tài)變化過程。圖8為初始風速7m/s，串補度為60％時雙饋風電機組有功功率、串聯(lián)補償電容電壓、雙饋電機轉子轉速的動態(tài)變化過程。

從圖8可以看出，在t＝5s接入串補度為60％的串聯(lián)補償電容后，系統(tǒng)存在嚴重次同步振蕩現(xiàn)象，但采用本文設計的虛擬電阻控制策略后，系統(tǒng)則很快趨于穩(wěn)定，表明本文提出基于虛擬電阻的轉子側附加阻尼控制策略能有效抑制次同步振蕩的發(fā)生。

上述本申請實施例中的技術方案，至少具有如下的技術效果或優(yōu)點：

由于本發(fā)明從轉子側變流器pi控制回路等值電路出發(fā)，建立了雙饋風電機組轉子側變流器的等效電路模型，結合雙饋風電機組模型，進而獲得雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路模型，并推導出雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電阻和等效電抗解析表達式，據(jù)此可方便分析雙饋風電機組經(jīng)串補并網(wǎng)系統(tǒng)的次同步諧振現(xiàn)象，在此基礎上，引入附加阻尼控制環(huán)節(jié)，使得當串補并網(wǎng)系統(tǒng)的等值電抗xeq(ω)＝0時，對應頻率點串補并網(wǎng)系統(tǒng)等值電阻req(ω)＞0，進而抑制雙饋風電機組次同步諧振。所以有效解決了現(xiàn)有的方法存在參數(shù)計算復雜，分析結果存在誤差的技術問題，進而實現(xiàn)了充分考慮雙饋風電機組轉子側變流器控制回路參數(shù)對系統(tǒng)次同步諧振的影響，并且參數(shù)整定靈活、簡單，可有效抑制雙饋風電機組的次同步諧振的技術效果。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。