雙饋風(fēng)電場次同步相互作用抑制實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種電力系統(tǒng)檢測領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種雙饋風(fēng)電場次同步相 互作用抑制實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型集群風(fēng)電接入是中國電網(wǎng)的發(fā)展方向。國家能源局發(fā)布的《風(fēng)電發(fā)展"十二 五"規(guī)劃》提到，十二.五期間將在酒泉、河北、蒙西、蒙東、吉林、江蘇沿海、山東沿海等多個 千萬千瓦級風(fēng)電基地，風(fēng)電2015年并網(wǎng)裝機(jī)容量將達(dá)1億千瓦。這些風(fēng)電基地多數(shù)遠(yuǎn)離負(fù)荷 中心，必然面臨大容量風(fēng)電遠(yuǎn)距離外送的問題。
[0003] 串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)是大容量遠(yuǎn)距離輸電的一種有效手段。但利用串聯(lián)補(bǔ)償輸送容易引 發(fā)次同步諧振的問題。最近幾年，美國德州南部雙饋風(fēng)電場和我國華北地區(qū)的某雙饋風(fēng)電 場在經(jīng)由串聯(lián)補(bǔ)償裝置進(jìn)行輸電時都發(fā)生過次同步相互作用（以下簡稱SSI ,Sub-synchronous Interactions) ， 造成多臺風(fēng)電機(jī)組停機(jī)， 對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行造成重大影響 (Adams J, el.ERCOT experience with sub-synchronous control interaction and proposed remediation[C] .2012IEEE PES. IEEE,2012:1-5,董曉亮等·雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)串 補(bǔ)輸電系統(tǒng)全運行區(qū)域的次同步特性分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014,09:2429-2433.)。
[0004] 目前，針對雙饋風(fēng)電場系統(tǒng)SSI的抑制策略還不太多，主要有以下三種：調(diào)整串聯(lián) 補(bǔ)償電容的運行方式、調(diào)整變流器控制器的參數(shù)設(shè)置和加入次同步阻尼控制器。但調(diào)整串 聯(lián)補(bǔ)償電容的運行方式會減小串補(bǔ)度，不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，只能作為臨時措施;調(diào) 整變流器控制參數(shù)可能會給原有的控制性能及保護(hù)配合帶來不利影響;而次同步阻尼控制 器的參數(shù)設(shè)計和協(xié)調(diào)較為復(fù)雜。
[0005] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN104410084A，公開（公告）日 2015.03.11，公開了一種控制風(fēng)電場串補(bǔ)輸電系統(tǒng)次同步諧振的方法，包括以下步驟：（1) 在風(fēng)電場串補(bǔ)輸電線路的風(fēng)電場輸出端母線處并聯(lián)一個親合變壓器，并使一個電力電子變 換器的輸出端與耦合變壓器的一次側(cè)相連；（2)測量風(fēng)電場串補(bǔ)輸電線路中串補(bǔ)電容兩端 的電壓信號；（3)對上述電壓信號進(jìn)行濾波，得到電壓信號中的次同步電壓分量信號；（4)對 上述次同步電壓分量信號進(jìn)行移相，得到次同步電壓參考信號V; (5)根據(jù)上述次同步電壓 參考信號V，通過下式計算與該次同步電壓參考信號成正比的次同步電流參考信號i:i = v/ Z其中，Z為參考值計算中的阻抗設(shè)定值，取值范圍為1-10; (6)將上述次同步電流參考信號i 輸入到步驟(1)的電力電子變換器中，作為電力電子變換器的控制信號，根據(jù)輸入的控制信 號，電力電子變換器通過對其內(nèi)部電力電子開關(guān)的開關(guān)控制，產(chǎn)生一個次同步電流信號，該 次同步電流信號作為步驟（1)的耦合變壓器的一次側(cè)輸入，將該次同步電流信號耦合到風(fēng) 電場的串補(bǔ)輸電線路中，實現(xiàn)對風(fēng)電場串補(bǔ)輸電系統(tǒng)次同步諧振的抑制。但該技術(shù)引入的 電力電子變換器本身也是諧波源，會給系統(tǒng)引入新的諧波，另外該技術(shù)包含電力電子變換 器和耦合變壓器，所需成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種雙饋風(fēng)電場次同步相互作用抑制 實現(xiàn)方法，通過在轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制系統(tǒng)中加入低通濾波器，濾除控制回路中的次同步頻 率分量，進(jìn)而影響逆變器的輸出電壓，使得流入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中的電流中不含次同步頻率分 量，從而抑制次同步相互作用的發(fā)生。本發(fā)明簡單實用，在保證次同步相互作用抑制效果的 前提下能夠避免對控制器的控制性能及保護(hù)配合的不利影響，對大規(guī)模風(fēng)電集中送出系統(tǒng) 的安全穩(wěn)定運行具有重要的工程應(yīng)用價值。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明根據(jù)實際電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計出等效電路模型，模擬得到實際電力系統(tǒng)的 次同步振蕩頻率，在雙饋風(fēng)電場系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制d軸和q軸電流信號輸入端 前各自加入一個相同的低通濾波器，從而抑制次同步相互作用的發(fā)生。
[0009] 所述的等效電路模型，即雙饋風(fēng)電場經(jīng)由串聯(lián)補(bǔ)償裝置并網(wǎng)的通用等值電路，具 體為:包括發(fā)電機(jī)模型、轉(zhuǎn)子等值電阻、轉(zhuǎn)子等值電抗以及勵磁電抗組成的環(huán)路，以及與勵 磁電抗并聯(lián)的定子等值電抗、定子等值電阻、變壓器等值電抗、線路等值電抗、線路等值電 阻、串聯(lián)補(bǔ)償電容等值電抗、無窮大系統(tǒng)等倌電阻和無窮大系統(tǒng)等值電抗。
[0010] 所述的次同步振蕩頻率
其中：fi為系統(tǒng)同步頻率，Xlz為系統(tǒng)同步頻 率下發(fā)電機(jī)等值電抗、變壓器電抗、線路電抗和無窮大系統(tǒng)電抗之和。
[0011] 所述的低通濾波器為η階低通濾波器，其時間常數(shù)
階 數(shù)η為1、2或3，其中：f c為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制d、q軸電流信號的工作頻率，D為濾波器對fr的衰 減程度，M為濾波器對f。的相位影響，fr為濾除頻率，即系統(tǒng)同步頻率與次同步振蕩頻率的 差:fr = fl_fer〇 技術(shù)效果
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過選取合適的低通濾波器的參數(shù)，能夠有效抑制雙饋 風(fēng)電場系統(tǒng)SSI的發(fā)生，避免對控制器的控制性能以及保護(hù)配合造成不利影響，本發(fā)明創(chuàng)新 地采用低通濾波器有利于魯棒穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0013] 圖1為雙饋風(fēng)電場經(jīng)由串聯(lián)補(bǔ)償裝置并網(wǎng)的通用等值電路示意圖；
[0014] 圖2為加入低通濾波器的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制改進(jìn)策略示意圖；
[0015] 圖3為加入低通濾波器前系統(tǒng)發(fā)生次同步相互作用時網(wǎng)側(cè)電流波形示意圖；
[0016] 圖4為加入低通濾波器后系統(tǒng)發(fā)生次同步相互作用時網(wǎng)側(cè)電流波形示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 本實施例涉及的典型地雙饋風(fēng)電場經(jīng)由串聯(lián)補(bǔ)償在進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電的系統(tǒng)如圖1 所示。下面以含100臺雙饋風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場通過串聯(lián)補(bǔ)償裝置進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送為實施例。
[0018] 步驟1:根據(jù)實際輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，計算圖1所示的雙饋風(fēng)電場經(jīng)由串聯(lián)補(bǔ)償裝置 并網(wǎng)的通用等值電路中的各變量的值，其中虛線左邊為發(fā)電機(jī)等值電路，R r^pRs,M分別為 轉(zhuǎn)子、定子等值電阻，Xsr、Xss分別為轉(zhuǎn)子、定子等值電抗，X m為勵磁電抗，虛線右邊為線路等 值電路，Xt為變壓器等值電抗，Xl為線路等值電抗，Xc為串聯(lián)補(bǔ)償電容等值電抗，R sys、Xsys為 無窮大系統(tǒng)等值阻抗；
[0019] 對于本實施例，設(shè)基準(zhǔn)值為SB = 100MW，VB = 0.69kV^ljRr,eq = 0.007，Xsr = 0.10，Xm =2 · 21，Rs,eq = 0 · 008，Xss = 0 · 06，Xt=0 · 03，Xl = 0 · 83，Xe = 0 · 02，Xsys = 0，Rsys = 0 · 01。
[0020] 步驟2:根據(jù)上述得到的等值電路，計算出模擬系統(tǒng)的次同步振蕩頻率
其中為系統(tǒng)同步頻率，Xu為該頻率下發(fā)電機(jī)等值電抗、變壓器電抗、線路 電抗和無窮大系統(tǒng)電抗之和；
[0021 ] 對于本實施例，f I = 50Ηζ，Χ?Σ = 1.02，代入上式可得次同步振蕩頻率f er = 7. OHz。
[0022]步驟3 :根據(jù)上述得到的次同步振蕩頻率f er，計算需要濾除的頻率f r = f l-fer
[0023] 對于本實施例，fr = 43Hz。
[0024] 步驟4:根據(jù)上述得到的需要濾除的頻率fr，通過下式計算低通濾波器的時間常數(shù) T和階數(shù)η的取值范圍
，其中：f。為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制d、q軸電 流信號的工作頻率，取值范圍為[0. 1，0. 5 ] Hz; D為濾波器對fr的衰減程度，取值范圍為[20， 50]dB;M為濾波器對fc的相位影響，取值范圍為[0,30°];
[0025] 對于本實施例，取匕=0.5此，0 = 20(18，1 = 30°，代入上式中，計算得到1'已 [0.0368,0.184]s,n = l〇
[0026] 步驟5:從上述時間常數(shù)T和階數(shù)η的范圍中確定低通濾波器參數(shù)的取值，在轉(zhuǎn)子側(cè) 變流器控制d、q軸電流信號輸入處加入低通濾波器，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0027] 對于本實施例，取低通濾波器的時間常數(shù)T = 0. ls，階數(shù)n=l，加入低通濾波器前 后的網(wǎng)側(cè)電流波形如圖3、4所示。從圖中可以看出，本方法可以很好的抑制雙饋風(fēng)電場系統(tǒng) SSL·
[0028] 上述具體實施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同 的方式對其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實施所 限，在其范圍內(nèi)的各個實現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。
【主權(quán)項】
1. 一種雙饋風(fēng)電場次同步相互作用抑制實現(xiàn)方法，其特征在于，根據(jù)實際電力系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)設(shè)計出等效電路模型，模擬得到實際電力系統(tǒng)的次同步振蕩頻率，在雙饋風(fēng)電場系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制d軸和q軸電流信號輸入端前各自加入一個相同的低通濾波器， 從而抑制次同步相互作用的發(fā)生； 所述的低通濾波器為η階低通濾波器，1、2或3,其中：f。為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制d、q軸電流信號的工作頻率，D為濾波器對fr的衰減程 度，Μ為濾波器對f。的相位影響，fr為濾除頻率，即系統(tǒng)同步頻率與次同步振蕩頻率的差:fr = fl-fer〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的等效電路模型，即雙饋風(fēng)電場經(jīng)由串 聯(lián)補(bǔ)償裝置并網(wǎng)的通用等值電路，具體為:包括發(fā)電機(jī)模型、轉(zhuǎn)子等值電阻、轉(zhuǎn)子等值電抗 以及勵磁電抗組成的環(huán)路，以及與勵磁電抗并聯(lián)的定子等值電抗、定子等值電阻、變壓器等 值電抗、線路等值電抗、線路等值電阻、串聯(lián)補(bǔ)償電容等值電抗、無窮大系統(tǒng)等值電阻和無 窮大系統(tǒng)等值電抗。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的次同步振蕩頻率 其中：fi 為系統(tǒng)同步頻率，Χ?Σ為系統(tǒng)同步頻率下發(fā)電機(jī)等值電抗、變壓器電抗、線路電抗和無窮大 系統(tǒng)電抗之和。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制d、q軸電流信號的 工作頻率為[0.1，〇. 5]。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的濾波器對fr的衰減程度為[20,50]dB。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的濾波器對f。的相位影響為[0，30° ]。
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種電力系統(tǒng)檢測領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種雙饋風(fēng)電場次同步相互作用抑制實現(xiàn)方法。本方法根據(jù)實際電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計出等效電路模型，模擬得到實際電力系統(tǒng)的次同步振蕩頻率，在雙饋風(fēng)電場系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制d軸和q軸電流信號輸入端前各自加入一個相同的低通濾波器，從而抑制次同步相互作用的發(fā)生。本發(fā)明簡單實用，在保證次同步相互作用抑制效果的前提下能夠避免對控制器的控制性能及保護(hù)配合的不利影響，對大規(guī)模風(fēng)電集中送出系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的工程應(yīng)用價值。
【IPC分類】H02J3/38, H02J3/24
【公開號】CN105680460
【申請?zhí)枴緾N201610085186
【發(fā)明人】黃耀, 王西田, 陳昆明, 黃永民
【申請人】上海交通大學(xué), 上海電氣風(fēng)能有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年2月15日