CN106972509A - 一种抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略 - Google Patents

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武冰清
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郝治国
黄永宁
贺启飞
李宏强
张保会
张爽
王康达
杨慧彪
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Abstract

一种抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略，包括：步骤一、在网侧控制回路中，测量获得逆变器触发电压的d轴分量Ud；步骤二、对Ud进行滤波，得到Ud中的次同步分量Udsub；步骤三、根据电压次同步分量在滤波时的时间延迟，进行相位补偿，得到Usub；步骤四、搭建PI控制器，将Usub前馈至电压外环的比较环节，与直流电容电压Udc和直流参考电压Uref一起作为外环PI控制器的输入量，实现网侧回路的控制。本发明实现了对次同步振荡的抑制，无需额外的设备和复杂的控制环节，经济简单。此外，该方法能够针对各个次同步频段的振荡进行抑制，具有普遍的适用性，同时不会影响到直驱式风电并网的正常运行。

Description

一种抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略
技术领域
本发明属于电力系统领域，涉及风电并网运行与控制技术，具体涉及一种抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略。
背景技术
目前，风电大规模集中式并网外送已经成为最为广泛的风电外送形式，直驱式风机凭借其结构简单、高效率和高可靠性等优点逐渐成为主流的机型之一。直驱式风机通过背靠背的PWM变流器接入电网，不能显著地提供系统的惯性，故直驱式风机与弱交流电网相互作用时，系统中时有发生次同步频率范围(2～50Hz)的功率振荡。
直驱式风电并网发生的次同步振荡与传统的次同步振荡不同，它是一种电磁功率的振荡，并不涉及到转子轴系的扭振。因此，传统的以提取并利用转速信号中次同步分量为基础的抑制措施并不能适用于直驱式风电次同步振荡的抑制。直驱式风电发生次同步振荡的内在机理并不十分明确，直驱式风机并网发生次同步振荡的频率范围也难以预测。目前的次同步振荡抑制措施一般通过对SVG或SVC的控制产生抑制次同步振荡的电流，并将其注入系统以消除次同步振荡，但这些抑制措施一般需要昂贵的设备和复杂的控制，同时也存在着控制策略不匹配、响应慢和效果不显著等问题，难以从根本上解决直驱式风电的次同步振荡。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略，在不影响直驱式风机正常并网的基础上，抑制所有次同步频段的功率振荡。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：
步骤一、在网侧控制回路中，测量获得逆变器触发电压的d轴分量Ud；
步骤二、对Ud进行滤波，得到Ud中的次同步分量Udsub；
步骤三、根据电压次同步分量在滤波时的时间延迟，进行相位补偿，得到Usub；
步骤四、搭建PI控制器，将Usub前馈至电压外环的比较环节，与直流电容电压Udc和直流参考电压Uref一起作为外环PI控制器的输入量，实现网侧回路的控制。
所述的步骤二通过二阶巴特沃斯带通滤波器对Ud进行滤波。
所述二阶巴特沃斯带通滤波器的截止频率为10Hz-40Hz。
步骤三中首先将次同步分量Udsub放大为k倍得到k·Udsub，k根据次同步分量的含量确定。
所述k的数值取5。
所述的步骤三中相位补偿T1和T2的数值由带通滤波器造成的时间延时确定。
所述T1的取值为0.01，T2的取值为0.001。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：通过对网侧逆变器的触发电压进行滤波处理，能够得到触发电压中的次同步电压分量，再利用相位补偿环节消去由滤波处理环节给次同步电压分量造成的相位延迟，最后将该次同步电压分量前馈至电压外环，与直流电压参考值和直流电压实际值共同作为d轴的外环输入信号，经PI调节后形成d轴电流的参考值，即能够消去控制环节中的次同步分量。本发明控制策略无需额外的设备和复杂的控制环节，操作过程经济简单。此外，本发明方法能够针对各个次同步频段的振荡进行抑制，具有普遍的适用性，同时也不会影响到直驱式风电并网的正常运行。
附图说明
图1直驱式风电单机无穷大系统的仿真模型图；
图2本发明网侧控制策略框图；
图3直驱式风电并网点的电流波形图；
图4抑制措施作用前的电流频谱分析图；
图5抑制措施作用后的电流频谱分析图；
图6风机输出有功功率的波形图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，仿真系统模型为单机无穷大系统，即一台1.6MW/0.69kV的直驱式风机通过0.69/35kV箱变接入35kV的无穷大系统，详细的仿真参数如下表所示。
表1：仿真系统的参数
仿真系统参数 数值
风机额定容量/MW 1.6
风机额定电压/kV 0.69
滤波电感/H 0.001
变流器开关频率/kHz 5
联接电阻/Ω 3.57
联接电感/H 0.033
变压器短路电压百分数 6％
变压器额定容量/MVA 2
参见图2，在一定工况下，直驱式风电并网运行中发生了次同步振荡，次同步频率为17.5Hz。因此，在dq坐标系下网侧控制回路中的逆变器触发电压存在与次同步频率互补的32.5Hz的次同步分量。故通过二阶的巴特沃斯带通滤波器(截止频率10-40Hz)对其进行滤波，得到网侧逆变器触发电压Ud中的次同步分量Udsub，将该电压的次同步分量Udsub放大为5倍，再对次同步分量进行相位补偿，其中T1＝0.01，T2＝0.001，最后将处理后的次同步电压分量Usub送至电压外环的比较环节中以实现对次同步振荡的抑制。
为了说明本发明方法的准确性，针对直驱式风电并网的单机无穷大模型进行电磁暂态的时域仿真，在t＝2s时投入次同步的抑制措施。仿真结果表明，在0-2s时间段内，直驱式风电发生了频率为17.43Hz的次同步振荡，2s后并网点电流的次同步振荡消失，并只含有工频分量，并网点电流波形如图3所示，抑制措施作用前后的电流频谱分析分别如图4和图5所示。
风机输出的有功功率在0-2s内也存在较大的32.5Hz的频率分量，在抑制措施投入后振荡完全消失，输出功率稳定，风机输出的有功功率波形如图6所示。
本发明方法仅需要对网侧控制回路进行改进，就能够实现对次同步振荡的抑制功能。同时，针对不同的次同步振荡频率、幅值等信息，只需要结合现场工况和需求，调整放大环节的倍数和补偿环节的时间常数，便能够达到抑制次同步振荡的目的。
以上实施例仅为本发明推荐的一个模拟实施例，其结构与参数并不以任何形式限制本发明。该领域技术人员所做的基于发明内容原则内的任何修改、变更及改进等，将不影响该发明本质内容，均应在本发明的权利保护范围内。

Claims (7)

1.一种抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在网侧控制回路中，测量获得逆变器触发电压的d轴分量Ud；
步骤二、对Ud进行滤波，得到Ud中的次同步分量Udsub；
步骤三、根据电压次同步分量在滤波时的时间延迟，进行相位补偿，得到Usub；
步骤四、搭建PI控制器，将Usub前馈至电压外环的比较环节，与直流电容电压Udc和直流参考电压Uref一起作为外环PI控制器的输入量，实现网侧回路的控制。
2.根据权利要求1所述抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略，其特征在于：所述的步骤二通过二阶巴特沃斯带通滤波器对Ud进行滤波。
3.根据权利要求2所述抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略，其特征在于：所述二阶巴特沃斯带通滤波器的截止频率为10Hz-40Hz。
4.根据权利要求1所述抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略，其特征在于：所述的步骤三中首先将次同步分量Udsub放大为k倍得到k·Udsub，k根据次同步分量的含量确定。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述k的数值取5。
6.根据权利要求1所述抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略，其特征在于：所述的步骤三中相位补偿T1和T2的数值由带通滤波器造成的时间延时确定。
7.根据权利要求6所述抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略，其特征在于：所述T1的取值为0.01，T2的取值为0.001。
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