CN109004657A - 一种风电场次同步振荡抑制方法及系统 - Google Patents

一种风电场次同步振荡抑制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电场次同步振荡抑制方法及系统。该方法包括：采集静止同步补偿器并网点的三相电压瞬时值或风电场送出线路中串联电容上的三相电压瞬时值，所述静止同步补偿器为风电场安装的静止同步补偿器；提取所述三相电压瞬时值中的振荡分量；对所述振荡分量进行克拉克变换，得到两路电压信号；根据克拉克变换得到两路电压信号以及设定的移相角和增益构造两路电流信号；对两路电流信号进行克拉克反变换，得到三路电流信号；将克拉克反变换得到的三路电流信号作为附加信号加到静止同步补偿器电流跟踪环的参考电流上。本发明提供的风电场次同步振荡抑制方法及系统，能够有效地抑制基于双馈型风力发电机风电场的次同步振荡现象。

Description

一种风电场次同步振荡抑制方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统稳定控制技术领域，特别是涉及一种风电场次同步振荡抑制方法及系统。
背景技术
稳定是电力系统运行的基本要求，是保障优质供电的基础。作为一种清洁的可再生能源，风力发电得到了世界各国的大力发展。在实际工程中发现，当大量安装双馈型感应发电机(DFIG)的风电场接入含有固定串补的输电系统时，在某些情况下会发生次同步振荡(SSO)现象。次同步振荡会导致机组脱网，甚至是发电设备的损坏，严重影响电力系统的安全稳定运行。2009年，美国德克萨斯州的某风电场首次出现了该问题，此次SSO事故导致风机退出运行，并且损坏了部分风力发电机的撬棒电路。2012年底，我国华北沽源地区的风电场群也发生了类似事故，导致大量风机退出运行。此后，该地区的风电场又有多次发生类似事件。2016年初，我国吉林省通榆地区的风电场也出现了该问题。已有的研究表明，相比于恒速恒频风力发电机和永磁同步风力发电机，变速恒频的DFIG更容易导致SSO。其原因在于，由于DFIG的特殊结构和控制，会向由于固定串联补偿电容产生的系统LC串联谐振提供负阻尼，从而使谐振幅值不断增大，导致振荡发生。
目前，风电场SSO的抑制策略主要分为两类：第一类是调整DFIG自身的控制参数或升级其控制策略，第二类是通过加装合适的大功率电力电子设备并设计对应的振荡抑制策略。属于第一类的包括：1)减小或调整DFIG中转子侧变换器的控制参数，尤其是其电流跟踪比例系数，2)在传统DFIG转子侧或定子侧变换器控制器中增加附加阻尼控制，3)DFIG的转子侧采用直接转速控制。这些方案都需要发电机停机后对设备进行逐台改造，会降低发电设备的利用小时数。属于第二类的包括：1)采用可控串联补偿器，2)通过给静止无功补偿器或静止同步补偿器增加附加阻尼控制。已有的这些抑制方案都是针对恒速恒频型的风力发电机设置的，这些方案采用发电机转子转速做为反馈信号，提取其中因振荡导致的扰动量，再通过控制环节处理后加至无功补偿设备风力发电机机端电压控制环的参考值上。然而，这种控制方案不适用于双馈型风力发电机，无法为双馈型风力发电场的次同步振荡提供阻尼。
发明内容
本发明的目的是提供一种风电场次同步振荡抑制方法及系统，能够有效地抑制基于双馈型风力发电机风电场的次同步振荡现象。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种风电场次同步振荡抑制方法，所述方法包括：
采集静止同步补偿器并网点的三相电压瞬时值或风电场送出线路中串联电容上的三相电压瞬时值，记为va，vb，vc，所述静止同步补偿器为风电场安装的静止同步补偿器；
提取所述三相电压瞬时值中的振荡分量；
对所述三相电压瞬时值的振荡分量进行克拉克变换，得到两路电压信号，记为vv，vw；
根据构造两路电流信号iv和iw，其中，θ为移相角，K为增益，所述移相角和所述增益均为设定值；
对电流信号iv和iw进行克拉克反变换，得到三路电流信号，记为ia，ib，ic；
将电流信号ia，ib，ic作为附加信号加到静止同步补偿器电流跟踪环的参考电流上。
可选的，所述提取所述三相电压瞬时值中的振荡分量，具体包括：
采用复合滤波器分别提取电压信号va，vb，vc中的振荡分量。
可选的，所述复合滤波器包括一个带通滤波器和一个特征频率为工频的带阻滤波器。
可选的，所述克拉克变换矩阵为
可选的，所述克拉克反变换矩阵为
本发明还提供了一种风电场次同步振荡抑制系统，所述系统包括：
电压采集模块，用于采集静止同步补偿器并网点的三相电压瞬时值或风电场送出线路中串联电容上的三相电压瞬时值，记为va，vb，vc，所述静止同步补偿器为风电场安装的静止同步补偿器；
振荡分量提取模块，用于提取所述三相电压瞬时值中的振荡分量；
克拉克变换模块，用于对所述三相电压瞬时值的振荡分量进行克拉克变换，得到两路电压信号，记为vv，vw；
信号构造模块，用于根据构造两路电流信号iv和iw，其中，θ为移相角，K为增益，所述移相角和所述增益均为设定值；
克拉克反变换模块，用于对电流信号iv和iw进行克拉克反变换，得到三路电流信号，记为ia，ib，ic；
附加信号加设模块，用于将电流信号ia，ib，ic作为附加信号加到静止同步补偿器电流跟踪环的参考电流上。
可选的，所述振荡分量提取模块，具体包括：
振荡分量提取单元，用于采用复合滤波器分别提取电压信号va，vb，vc中的振荡分量。
可选的，所述复合滤波器包括一个带通滤波器和一个特征频率为工频的带阻滤波器。
可选的，所述克拉克变换矩阵为
可选的，所述克拉克反变换矩阵为
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的风电场次同步振荡抑制方法及系统，基于风电场已经安装的静止同步补偿器，采用传感器采集静止同步补偿器并网点或者输电线路串联电容上的三相电压瞬时值，并利用复合滤波器提取其中的振荡分量；然后，利用克拉克变换产生的信号构造两个幅值和相位可控的信号，再经克拉克反变换后获得三个附加信号；最后，将附加信号加在静止同步补偿器的电流参考值上，使静止同步补偿器能够吸收系统中的振荡能量，本发明仅需要升级静止同步补偿器的控制策略，不需要增加额外的硬件投资，可以通过精确控制附加信号的相移和增益实现对振荡抑制能力的优化，能够有效地抑制风电场的次同步振荡现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例风电场次同步振荡抑制方法流程示意图；
图2为本发明实施例风电场、静止同步补偿器及其送出线路的电气接线图；
图3为本发明实施例风电场次同步振荡抑制方法的流程图及静止同步补偿器的控制框图；
图4为本发明实施例风电场次同步振荡抑制方法投入运行后风电场振荡电流的收敛过程图；
图5为本发明实施例风电场次同步振荡抑制方法投入运行时系统故障后振荡电流的衰减过程图；
图6为本发明实施例风电场次同步振荡抑制系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种风电场次同步振荡抑制方法及系统，能够有效地抑制基于双馈型风力发电机风电场的次同步振荡现象。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例风电场次同步振荡抑制方法流程示意图，如图1所示，本发明提供的风电场次同步振荡抑制方法步骤具体如下：
步骤101：采集静止同步补偿器并网点的三相电压瞬时值或风电场送出线路中串联电容上的三相电压瞬时值，记为va，vb，vc，所述静止同步补偿器为风电场安装的静止同步补偿器，如图2所示；
步骤102：提取所述三相电压瞬时值中的振荡分量；
步骤103：对所述三相电压瞬时值的振荡分量进行克拉克变换，得到两路电压信号，记为vv，vw；其中，克拉克变换矩阵为
步骤104：根据构造两路电流信号iv和iw，其中，θ为移相角，K为增益，所述移相角和所述增益均为根据实际工程需求确定的值；
步骤105：对电流信号iv和iw进行克拉克反变换，得到三路电流信号，记为ia，ib，ic；其中，克拉克反变换矩阵为
步骤106：将电流信号ia，ib，ic作为附加信号加到静止同步补偿器电流跟踪环的参考电流上，实现对静止同步补偿器输出电流的调整，当风电场发生次同步振荡时，附加信号ia，ib，ic能够使静止同步补偿器有效地吸收系统中的振荡能量，从而实现对振荡的抑制，如图3所示。
其中，步骤102，具体包括：
采用复合滤波器分别提取电压信号va，vb，vc中的振荡分量，即电压信号va，vb，vc分别经过三个完全一样的复合滤波器，得到振荡分量。所述复合滤波器包括一个带通滤波器和一个特征频率为工频的带阻滤波器。
对本发明提供的风电场次同步振荡抑制方法进行仿真，在图1所示的电力系统中，不采用本发明提供的方法时，系统是不稳定的，振荡幅值不断增大，采用本发明方法的静止同步补偿器在50s时刻投入运行后，系统振荡迅速收敛，如图4所示。而且，本发明提供的方法具有足够的稳定裕量，采用本发明提供的方法后，即使系统在20s时刻发生三相短路故障，20.1s时刻故障切除后，系统仍能保持稳定，如图5所示。
本发明提供的风电场次同步振荡抑制方法，基于风电场已经安装的静止同步补偿器，采用传感器采集静止同步补偿器并网点或者输电线路串联电容上的三相电压瞬时值，并利用复合滤波器提取其中的振荡分量；然后，利用克拉克变换产生的信号构造两个幅值和相位可控的信号，再经克拉克反变换后获得三个附加信号；最后，将附加信号加在静止同步补偿器的电流参考值上，使静止同步补偿器能够吸收系统中的振荡能量，本发明仅需要升级静止同步补偿器的控制策略，不需要增加额外的硬件投资，可以通过精确控制附加信号的相移和增益实现对振荡抑制能力的优化，能够有效地抑制风电场的次同步振荡现象。
本发明还提供了一种风电场次同步振荡抑制系统，如图6所示，所述系统包括：
电压采集模块601，用于采集静止同步补偿器并网点的三相电压瞬时值或风电场送出线路中串联电容上的三相电压瞬时值，记为va，vb，vc，所述静止同步补偿器为风电场安装的静止同步补偿器；
振荡分量提取模块602，用于提取所述三相电压瞬时值中的振荡分量；
克拉克变换模块603，用于对所述三相电压瞬时值的振荡分量进行克拉克变换，得到两路电压信号，记为vv，vw；所述克拉克变换矩阵为
信号构造模块604，用于根据构造两路电流信号iv和iw，其中，θ为移相角，K为增益，所述移相角和所述增益均为设定值；
克拉克反变换模块605，用于对电流信号iv和iw进行克拉克反变换，得到三路电流信号，记为ia，ib，ic；
附加信号加设模块606，用于将电流信号ia，ib，ic作为附加信号加到静止同步补偿器电流跟踪环的参考电流上。
其中，所述振荡分量提取模块602，具体包括：
振荡分量提取单元，用于采用复合滤波器分别提取电压信号va，vb，vc中的振荡分量。所述复合滤波器包括一个带通滤波器和一个特征频率为工频的带阻滤波器。
本发明提供的风电场次同步振荡抑制系统，基于风电场已经安装的静止同步补偿器，采用传感器采集静止同步补偿器并网点或者输电线路串联电容上的三相电压瞬时值，并利用复合滤波器提取其中的振荡分量；然后，利用克拉克变换产生的信号构造两个幅值和相位可控的信号，再经克拉克反变换后获得三个附加信号；最后，将附加信号加在静止同步补偿器的电流参考值上，使静止同步补偿器能够吸收系统中的振荡能量，本发明仅需要升级静止同步补偿器的控制策略，不需要增加额外的硬件投资，可以通过精确控制附加信号的相移和增益实现对振荡抑制能力的优化，能够有效地抑制风电场的次同步振荡现象。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种风电场次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述方法包括：
采集静止同步补偿器并网点的三相电压瞬时值或风电场送出线路中串联电容上的三相电压瞬时值，记为va，vb，vc，所述静止同步补偿器为风电场安装的静止同步补偿器；
提取所述三相电压瞬时值中的振荡分量；
对所述三相电压瞬时值的振荡分量进行克拉克变换，得到两路电压信号，记为vv，vw；
根据构造两路电流信号iv和iw，其中，θ为移相角，K为增益，所述移相角和所述增益均为设定值；
对电流信号iv和iw进行克拉克反变换，得到三路电流信号，记为ia，ib，ic；
将电流信号ia，ib，ic作为附加信号加到静止同步补偿器电流跟踪环的参考电流上。
2.根据权利要求1所述的风电场次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述提取所述三相电压瞬时值中的振荡分量，具体包括：
采用复合滤波器分别提取电压信号va，vb，vc中的振荡分量。
3.根据权利要求2所述的风电场次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述复合滤波器包括一个带通滤波器和一个特征频率为工频的带阻滤波器。
4.根据权利要求1所述的风电场次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述克拉克变换矩阵为
5.根据权利要求1所述的风电场次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述克拉克反变换矩阵为
6.一种风电场次同步振荡抑制系统，其特征在于，所述系统包括：
电压采集模块，用于采集静止同步补偿器并网点的三相电压瞬时值或风电场送出线路中串联电容上的三相电压瞬时值，记为va，vb，vc，所述静止同步补偿器为风电场安装的静止同步补偿器；
振荡分量提取模块，用于提取所述三相电压瞬时值中的振荡分量；
克拉克变换模块，用于对所述三相电压瞬时值的振荡分量进行克拉克变换，得到两路电压信号，记为vv，vw；
信号构造模块，用于根据构造两路电流信号iv和iw，其中，θ为移相角，K为增益，所述移相角和所述增益均为设定值；
克拉克反变换模块，用于对电流信号iv和iw进行克拉克反变换，得到三路电流信号，记为ia，ib，ic；
附加信号加设模块，用于将电流信号ia，ib，ic作为附加信号加到静止同步补偿器电流跟踪环的参考电流上。
7.根据权利要求6所述的风电场次同步振荡抑制系统，其特征在于，所述振荡分量提取模块，具体包括：
振荡分量提取单元，用于采用复合滤波器分别提取电压信号va，vb，vc中的振荡分量。
8.根据权利要求7所述的风电场次同步振荡抑制系统，其特征在于，所述复合滤波器包括一个带通滤波器和一个特征频率为工频的带阻滤波器。
9.根据权利要求6所述的风电场次同步振荡抑制系统，其特征在于，所述克拉克变换矩阵为
10.根据权利要求6所述的风电场次同步振荡抑制系统，其特征在于，所述克拉克反变换矩阵为
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