CN105680460A - 双馈风电场次同步相互作用抑制实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种电力系统检测领域的技术，具体是一种双馈风电场次同步相互作用抑制实现方法。本方法根据实际电力系统的结构设计出等效电路模型，模拟得到实际电力系统的次同步振荡频率，在双馈风电场系统发电机的转子侧变流器控制d轴和q轴电流信号输入端前各自加入一个相同的低通滤波器，从而抑制次同步相互作用的发生。本发明简单实用，在保证次同步相互作用抑制效果的前提下能够避免对控制器的控制性能及保护配合的不利影响，对大规模风电集中送出系统的安全稳定运行具有重要的工程应用价值。

Description

双馈风电场次同步相互作用抑制实现方法

技术领域

本发明涉及的是一种电力系统检测领域的技术，具体是一种双馈风电场次同步相互作用抑制实现方法。

背景技术

大型集群风电接入是中国电网的发展方向。国家能源局发布的《风电发展“十二五”规划》提到，十二.五期间将在酒泉、河北、蒙西、蒙东、吉林、江苏沿海、山东沿海等多个千万千瓦级风电基地，风电2015年并网装机容量将达1亿千瓦。这些风电基地多数远离负荷中心，必然面临大容量风电远距离外送的问题。

串联补偿技术是大容量远距离输电的一种有效手段。但利用串联补偿输送容易引发次同步谐振的问题。最近几年，美国德州南部双馈风电场和我国华北地区的某双馈风电场在经由串联补偿装置进行输电时都发生过次同步相互作用(以下简称SSI，Sub-synchronousInteractions)，造成多台风电机组停机，对系统安全稳定运行造成重大影响(AdamsJ,el.ERCOTexperiencewithsub-synchronouscontrolinteractionandproposedremediation[C].2012IEEEPES.IEEE,2012:1-5，董晓亮等.双馈风力发电机串补输电系统全运行区域的次同步特性分析[J].电网技术,2014,09:2429-2433.)。

目前，针对双馈风电场系统SSI的抑制策略还不太多，主要有以下三种：调整串联补偿电容的运行方式、调整变流器控制器的参数设置和加入次同步阻尼控制器。但调整串联补偿电容的运行方式会减小串补度，不利于系统的安全稳定运行，只能作为临时措施；调整变流器控制参数可能会给原有的控制性能及保护配合带来不利影响；而次同步阻尼控制器的参数设计和协调较为复杂。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104410084A，公开(公告)日2015.03.11，公开了一种控制风电场串补输电系统次同步谐振的方法，包括以下步骤：(1)在风电场串补输电线路的风电场输出端母线处并联一个耦合变压器，并使一个电力电子变换器的输出端与耦合变压器的一次侧相连；(2)测量风电场串补输电线路中串补电容两端的电压信号；(3)对上述电压信号进行滤波，得到电压信号中的次同步电压分量信号；(4)对上述次同步电压分量信号进行移相，得到次同步电压参考信号v；(5)根据上述次同步电压参考信号v，通过下式计算与该次同步电压参考信号成正比的次同步电流参考信号i：i＝v/Z其中，Z为参考值计算中的阻抗设定值，取值范围为1-10；(6)将上述次同步电流参考信号i输入到步骤(1)的电力电子变换器中，作为电力电子变换器的控制信号，根据输入的控制信号，电力电子变换器通过对其内部电力电子开关的开关控制，产生一个次同步电流信号，该次同步电流信号作为步骤(1)的耦合变压器的一次侧输入，将该次同步电流信号耦合到风电场的串补输电线路中，实现对风电场串补输电系统次同步谐振的抑制。但该技术引入的电力电子变换器本身也是谐波源，会给系统引入新的谐波，另外该技术包含电力电子变换器和耦合变压器，所需成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种双馈风电场次同步相互作用抑制实现方法，通过在转子侧变流器控制系统中加入低通滤波器，滤除控制回路中的次同步频率分量，进而影响逆变器的输出电压，使得流入发电机转子中的电流中不含次同步频率分量，从而抑制次同步相互作用的发生。本发明简单实用，在保证次同步相互作用抑制效果的前提下能够避免对控制器的控制性能及保护配合的不利影响，对大规模风电集中送出系统的安全稳定运行具有重要的工程应用价值。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明根据实际电力系统的结构设计出等效电路模型，模拟得到实际电力系统的次同步振荡频率，在双馈风电场系统发电机的转子侧变流器控制d轴和q轴电流信号输入端前各自加入一个相同的低通滤波器，从而抑制次同步相互作用的发生。

所述的等效电路模型，即双馈风电场经由串联补偿装置并网的通用等值电路，具体为：包括发电机模型、转子等值电阻、转子等值电抗以及励磁电抗组成的环路，以及与励磁电抗并联的定子等值电抗、定子等值电阻、变压器等值电抗、线路等值电抗、线路等值电阻、串联补偿电容等值电抗、无穷大系统等值电阻和无穷大系统等值电抗。

所述的次同步振荡频率其中：f₁为系统同步频率，X_LΣ为系统同步频率下发电机等值电抗、变压器电抗、线路电抗和无穷大系统电抗之和。

所述的低通滤波器为n阶低通滤波器，其时间常数阶数n为1、2或3，其中：f_c为转子侧变流器控制d、q轴电流信号的工作频率，D为滤波器对f_r的衰减程度，M为滤波器对f_c的相位影响，f_r为滤除频率，即系统同步频率与次同步振荡频率的差：f_r＝f₁-f_er。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过选取合适的低通滤波器的参数，能够有效抑制双馈风电场系统SSI的发生，避免对控制器的控制性能以及保护配合造成不利影响，本发明创新地采用低通滤波器有利于鲁棒稳定性。

附图说明

图1为双馈风电场经由串联补偿装置并网的通用等值电路示意图；

图2为加入低通滤波器的转子侧变流器控制改进策略示意图；

图3为加入低通滤波器前系统发生次同步相互作用时网侧电流波形示意图；

图4为加入低通滤波器后系统发生次同步相互作用时网侧电流波形示意图。

具体实施方式

本实施例涉及的典型地双馈风电场经由串联补偿在进行远距离输电的系统如图1所示。下面以含100台双馈风电机组的风电场通过串联补偿装置进行远距离输送为实施例。

步骤1：根据实际输电系统的结构，计算图1所示的双馈风电场经由串联补偿装置并网的通用等值电路中的各变量的值，其中虚线左边为发电机等值电路，R_r,eq、R_s,eq分别为转子、定子等值电阻，X_sr、X_ss分别为转子、定子等值电抗，X_m为励磁电抗，虚线右边为线路等值电路，X_T为变压器等值电抗，X_L为线路等值电抗，X_C为串联补偿电容等值电抗，R_sys、X_sys为无穷大系统等值阻抗；

对于本实施例，设基准值为S_B＝100MW，V_B＝0.69kV，则R_r,eq＝0.007，X_sr＝0.10，X_m＝2.21，R_s,eq＝0.008，X_ss＝0.06，X_T＝0.03，X_L＝0.83，X_C＝0.02，X_sys＝0，R_sys＝0.01。

步骤2：根据上述得到的等值电路，计算出模拟系统的次同步振荡频率其中：f₁为系统同步频率，X_LΣ为该频率下发电机等值电抗、变压器电抗、线路电抗和无穷大系统电抗之和；

对于本实施例，f₁＝50Hz，X_LΣ＝1.02，代入上式可得次同步振荡频率f_er＝7.0Hz。

步骤3：根据上述得到的次同步振荡频率f_er，计算需要滤除的频率f_r＝f₁-f_er

对于本实施例，f_r＝43Hz。

步骤4：根据上述得到的需要滤除的频率f_r，通过下式计算低通滤波器的时间常数T和阶数n的取值范围： $\left\{\begin{array}{c}T\∈[\frac{\sqrt{{10}^{\frac{D}{10n}}-1}}{2\mathrm{\π}{f}_r},\frac{1}{2\mathrm{\π}{f}_c}\tan \frac{M}{n}]\\ n=\mathrm{1,2,3}\end{array}\right.,$ 其中：f_c为转子侧变流器控制d、q轴电流信号的工作频率，取值范围为[0.1，0.5]Hz；D为滤波器对f_r的衰减程度，取值范围为[20，50]dB；M为滤波器对f_c的相位影响，取值范围为[0，30°]；

对于本实施例，取f_c＝0.5Hz，D＝20dB，M＝30°，代入上式中，计算得到T∈[0.0368,0.184]s，n＝1。

步骤5：从上述时间常数T和阶数n的范围中确定低通滤波器参数的取值，在转子侧变流器控制d、q轴电流信号输入处加入低通滤波器，具体结构如图2所示。

对于本实施例，取低通滤波器的时间常数T＝0.1s,阶数n＝1,加入低通滤波器前后的网侧电流波形如图3、4所示。从图中可以看出，本方法可以很好的抑制双馈风电场系统SSI。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种双馈风电场次同步相互作用抑制实现方法，其特征在于，根据实际电力系统的结构设计出等效电路模型，模拟得到实际电力系统的次同步振荡频率，在双馈风电场系统发电机的转子侧变流器控制d轴和q轴电流信号输入端前各自加入一个相同的低通滤波器，从而抑制次同步相互作用的发生；

所述的低通滤波器为n阶低通滤波器，其时间常数阶数n为1、2或3，其中：f_c为转子侧变流器控制d、q轴电流信号的工作频率，D为滤波器对f_r的衰减程度，M为滤波器对f_c的相位影响，f_r为滤除频率，即系统同步频率与次同步振荡频率的差：f_r＝f₁-f_er。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的等效电路模型，即双馈风电场经由串联补偿装置并网的通用等值电路，具体为：包括发电机模型、转子等值电阻、转子等值电抗以及励磁电抗组成的环路，以及与励磁电抗并联的定子等值电抗、定子等值电阻、变压器等值电抗、线路等值电抗、线路等值电阻、串联补偿电容等值电抗、无穷大系统等值电阻和无穷大系统等值电抗。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的次同步振荡频率其中：f₁为系统同步频率，X_LΣ为系统同步频率下发电机等值电抗、变压器电抗、线路电抗和无穷大系统电抗之和。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的转子侧变流器控制d、q轴电流信号的工作频率为[0.1，0.5]。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的滤波器对f_r的衰减程度为[20，50]dB。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的滤波器对f_c的相位影响为[0，30°]。