CN112260263A - 陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法及装置 - Google Patents

陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法及装置，涉及可再生能源发电及传输系统技术领域，用于实现陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量，为稳定性分析提供可靠准确的数据基础。方案如下：获取双馈风场子系统的结构参数；根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)。获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q。计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)；将Zwf(s)以及ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值。

Description

陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法及装置
技术领域
本发明涉及可再生能源发电及传输系统技术领域，具体涉及陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法及装置。
背景技术
随着风电产业的不断发展，提高风能送出与消纳能力成为我国能源战略的总体要求之一，“远距离、大规模、高集中”的风电外送建设成为我国目前及未来相当一段时间内风力发电开发和利用的主要方式。为解决地域上风电资源与负荷逆向分布的问题，进一步扩大风电的消纳规模，提高经济效益，传统直流技术得到了广泛应用。该技术有效的解决了大规模风电调度的难题，在风电外送中具有广阔前景，但同时也给系统运行带来了新的挑战，增加了次同步振荡的风险。
近年来，阻抗分析法的提出，为新能源电力系统并网稳定性分析提供了新的研究思路。该方法可以将整个系统各部分相互独立进行模块化建模，降低了建模的难度，已被证明是解决可再生能源和高压直流系统振荡问题的有效方法之一。
然而，目前对于双馈风场经传统直流送出系统的建模相关成果较少，仍缺乏较为深入的分析，有待进一步的研究。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法及装置，实现陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量，为稳定性分析提供可靠准确的数据基础。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法，陆上双馈风场经传统直流送出系统包括双馈风场子系统、传统直流送出子系统以及交流电网组成；其中双馈风场子系统通过传统直流送出子系统经逆变器并入交流电网；阻抗测量方法包括如下步骤：
S1)获取双馈风场子系统的结构参数；
根据双馈风场子系统的结构参数，计算网侧变流器GSC控制器和机侧变流器RSC控制器的稳态输出值；其中网侧变流器GSC控制器的稳态输出值包括网侧变流器GSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量D0和q轴输出的直流分量和Q0；机侧变流器RSC控制器的稳态输出值包括机侧变流器RSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量Dr0和q轴输出的直流分量Qr0。
D0＝KdqI1sinφi1-2πf1LpI1sinφi1+V1
Q0＝-KdqI1cosφi1+2πf1LpI1cosφi1
Figure BDA0002685489880000021
Figure BDA0002685489880000022
式中：Kdq为网侧变流器GSC控制器的解耦系数；I1为并网点基频电流；φi1为初始相角；f1为基频频率；Lp为网侧变流器GSC逆变器侧滤波电感；V1为并网点基频电压；Rr为转子电阻；Rs为定子电阻；ωslip为转差角频率；ω1为基频角频率；Ls为定子电感；Lr为转子电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ird和Irq则分别为机侧变流器RSC控制器的电流指令值d轴和q轴分量。
S2)根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)。
Figure BDA0002685489880000031
式中：s为频率f对应的虚数形式，s＝2πfj；j为虚数符号；Hi为GSC电流控制器的PI传递函数；TPLL为锁相环闭环传递函数；Hri为RSC控制器的PI传递函数；Krd为RSC控制器的解耦系数；Ir1为转子基频电流；ρ为定转子转差；Δp为指代参数，用于指代
Figure BDA0002685489880000032
S3)获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q。
S4)计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)；
Figure BDA0002685489880000033
式中：kT为交流侧变压器变比；k为预设的整数；P为传统直流送出子系统的传输有功功率运行稳态值P；Q为传统直流送出子系统的传输无功功率运行稳态值；S为为视在功率，S＝P+jQ；F为触发角控制部分传递函数；ω1为基频角频率；Zdc为直流线路阻抗；CL为交流侧无功补偿电容；||为并联阻抗计算符号。
S5)将特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)以及特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值。
本发明另外一个实施例还提供了陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量装置，风场参数获取模块、风场阻抗算法模块、传统直流送出子系统参数获取模块、传统直流送出子系统阻抗算法模块以及总阻抗算法模块；
风场参数获取模块，用于获取双馈风场子系统的结构参数；并根据双馈风场子系统的结构参数，计算网侧变流器GSC控制器和机侧变流器RSC控制器的稳态输出值；其中网侧变流器GSC控制器的稳态输出值包括网侧变流器GSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量D0和q轴输出的直流分量和Q0；机侧变流器RSC控制器的稳态输出值包括机侧变流器RSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量Dr0和q轴输出的直流分量Qr0。
D0＝KdqI1sinφi1-2πf1LpI1sinφi1+V1
Q0＝-KdqI1cosφi1+2πf1LpI1cosφi1
Figure BDA0002685489880000041
Figure BDA0002685489880000042
式中：Kdq为网侧变流器GSC控制器的解耦系数；I1为并网点基频电流；φi1为初始相角；f1为基频频率；Lp为网侧变流器GSC逆变器侧滤波电感；V1为并网点基频电压；Rr为转子电阻；Rs为定子电阻；ωslip为转差角频率；ω1为基频角频率；Ls为定子电感；Lr为转子电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ird和Irq则分别为机侧变流器RSC控制器的电流指令值d轴和q轴分量。
风场阻抗算法模块，用于根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，按照如下算法计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)；
Figure BDA0002685489880000043
式中：s为频率f对应的虚数形式，s＝2πfj；j为虚数符号；Hi为GSC电流控制器的PI传递函数；TPLL为锁相环闭环传递函数；Hri为RSC控制器的PI传递函数；Krd为RSC控制器的解耦系数；Ir1为转子基频电流；ρ为定转子转差；Δp为指代参数，用于指代
Figure BDA0002685489880000051
传统直流送出子系统参数获取模块，用于获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q。
传统直流送出子系统阻抗算法模块，用于采用如下算法计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)；
Figure BDA0002685489880000052
式中：kT为交流侧变压器变比；k为预设的整数；P为传统直流送出子系统的传输有功功率运行稳态值P；Q为传统直流送出子系统的传输无功功率运行稳态值；S为为视在功率，S＝P+jQ；F为触发角控制部分传递函数；ω1为基频角频率；Zdc为直流线路阻抗；CL为交流侧无功补偿电容；||为并联阻抗计算符号。
总阻抗算法模块，用于将特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)以及特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值。
有益效果：
本发明所提出的阻抗获取方法计算灵活，适用性强，解决了双馈风场经传统直流送出系统阻抗获取困难和分析运行稳定性的难题。本发明对系统的模块化建模有助于不同级联结构系统的阻抗获取，得到的阻抗曲线能够准确反映真实系统的频率响应，为双馈风场经传统直流送出系统的建模研究提供理论基础和可行性方案，有利于开展系统的稳定性分析。
附图说明
图1是本发明针对的陆上双馈风场经传统直流送出系统的结构示意图；
图2是本发明针对陆上双馈风场经传统直流送出系统中的双馈风电机组的结构示意图；
图3是本发明实施例中的传统直流送出系统的结构示意图。
图4是本发明实施例中双馈风场经传统直流送出系统阻抗获取流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法，该方法所针对的陆上双馈风场经传统直流送出系统包括双馈风场子系统、传统直流送出子系统以及交流电网组成，如图1所示。
其中双馈风场子系统通过传统直流送出子系统经逆变器并入交流电网。陆上双馈风场经传统直流送出系统中的双馈风电机组的结构示意图如图2所示。传统直流送出系统的结构示意图如图3所示。
本发明实施例提供的阻抗测量方法流程如图4所示，包括如下步骤：
S1)获取双馈风场子系统的结构参数。
本发明实施例中双馈风场子系统的结构参数包括双馈异步发电机参数、锁相环控制参数、机侧变流器RSC控制器控制参数、网侧变流器GSC控制器控制参数、滤波电感。
根据双馈风场子系统的结构参数，计算网侧变流器GSC控制器和机侧变流器RSC控制器的稳态输出值；其中网侧变流器GSC控制器的稳态输出值包括网侧变流器GSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量D0和q轴输出的直流分量和Q0；机侧变流器RSC控制器的稳态输出值包括机侧变流器RSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量Dr0和q轴输出的直流分量Qr0；
D0＝KdqI1sinφi1-2πf1LpI1sinφi1+V1
Q0＝-KdqI1cosφi1+2πf1LpI1cosφi1
Figure BDA0002685489880000071
Figure BDA0002685489880000072
式中：Kdq为网侧变流器GSC控制器的解耦系数；I1为并网点基频电流；φi1为初始相角；f1为基频频率；Lp为网侧变流器GSC逆变器侧滤波电感；V1为并网点基频电压；Rr为转子电阻；Rs为定子电阻；ωslip为转差角频率；ω1为基频角频率；Ls为定子电感；Lr为转子电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ird和Irq则分别为机侧变流器RSC控制器的电流指令值d轴和q轴分量。
S2)根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)；
Figure BDA0002685489880000073
式中：s为频率f对应的虚数形式，s＝2πfj；j为虚数符号；Hi和Kdq分别为GSC电流控制器的PI传递函数和解耦系数；Lp为GSC逆变器连接电网侧滤波电感；TPLL为锁相环闭环传递函数；I1为并网点基频电流；D0和Q0分别为GSC控制器在稳定运行时在d轴和q轴输出的直流分量；Hri和Krd分别为RSC控制器的PI传递函数和解耦系数；Rs和Ls分别为定子电阻、电感；Rr和Lr分别为转子电阻、电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ir1为转子基频电流；Dr0和Qr0分别为RSC控制器在稳定运行时在d轴和q轴输出的直流分量；ρ为定转子转差；Δp为指代参数，用于指代
Figure BDA0002685489880000074
S3)获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q；
本发明实施例中首先获取传统直流送出子系统的相关参数，其中相关参数包括交流侧变压器参数、锁相环控制参数、LCC运行模式控制参数、触发角控制参数，以及直流传输线路参数等。根据给定传统直流送出模块的结构和相关参数，计算传统直流稳态下系统参数，即包括传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q；
S4)计算传统直流送出子系统的阻抗值。按照给定高压直流传输模块的结构参数、控制参与及相关稳态值，计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)；
Figure BDA0002685489880000081
式中：kT为交流侧变压器变比；k为预设的整数；P为传统直流送出子系统的传输有功功率运行稳态值P；Q为传统直流送出子系统的传输无功功率运行稳态值；S为为视在功率，S＝P+jQ；F为触发角控制部分传递函数；ω1为基频角频率；Zdc为直流线路阻抗；CL为交流侧无功补偿电容；||为并联阻抗计算符号。
S5)将特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)以及特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值。
该实例下系统阻抗特征为，
Zwl(s)＝Zwf(s)||ZLCC(s)
式中：Zwf表示双馈风场部分阻抗；ZLCC表示传统直流送出部分阻抗；Zwl表示整个双馈风场经传统直流送出系统阻抗。
本发明实施例还提供了陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量装置，包括：风场参数获取模块、风场阻抗算法模块、传统直流送出子系统参数获取模块、传统直流送出子系统阻抗算法模块以及总阻抗算法模块。
风场参数获取模块，用于获取双馈风场子系统的结构参数；并根据双馈风场子系统的结构参数，计算网侧变流器GSC控制器和机侧变流器RSC控制器的稳态输出值；其中网侧变流器GSC控制器的稳态输出值包括网侧变流器GSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量D0和q轴输出的直流分量和Q0；机侧变流器RSC控制器的稳态输出值包括机侧变流器RSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量Dr0和q轴输出的直流分量Qr0。
D0＝KdqI1sinφi1-2πf1LpI1sinφi1+V1
Q0＝-KdqI1cosφi1+2πf1LpI1cosφi1
Figure BDA0002685489880000091
Figure BDA0002685489880000092
式中：Kdq为网侧变流器GSC控制器的解耦系数；I1为并网点基频电流；φi1为初始相角；f1为基频频率；Lp为网侧变流器GSC逆变器侧滤波电感；V1为并网点基频电压；Rr为转子电阻；Rs为定子电阻；ωslip为转差角频率；ω1为基频角频率；Ls为定子电感；Lr为转子电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ird和Irq则分别为机侧变流器RSC控制器的电流指令值d轴和q轴分量。
风场阻抗算法模块，用于根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，按照如下算法计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)；
Figure BDA0002685489880000093
式中：s为频率f对应的虚数形式，s＝2πfj；j为虚数符号；Hi为GSC电流控制器的PI传递函数；TPLL为锁相环闭环传递函数；Hri为RSC控制器的PI传递函数；Krd为RSC控制器的解耦系数；Ir1为转子基频电流；ρ为定转子转差；Δp为指代参数，用于指代
Figure BDA0002685489880000101
传统直流送出子系统参数获取模块，用于获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q。
传统直流送出子系统阻抗算法模块，用于采用如下算法计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)。
Figure BDA0002685489880000102
式中：kT为交流侧变压器变比；k为预设的整数；P为传统直流送出子系统的传输有功功率运行稳态值P；Q为传统直流送出子系统的传输无功功率运行稳态值；S为为视在功率，S＝P+jQ；F为触发角控制部分传递函数；ω1为基频角频率；Zdc为直流线路阻抗；CL为交流侧无功补偿电容；||为并联阻抗计算符号。
总阻抗算法模块，用于将特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)以及特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量方法，所述陆上双馈风场经传统直流送出系统包括双馈风场子系统、传统直流送出子系统以及交流电网组成；其中所述双馈风场子系统通过所述传统直流送出子系统经逆变器并入所述交流电网；其特征在于，所述阻抗测量方法包括如下步骤：
S1)获取所述双馈风场子系统的结构参数；
根据所述双馈风场子系统的结构参数，计算网侧变流器GSC控制器和机侧变流器RSC控制器的稳态输出值；其中网侧变流器GSC控制器的稳态输出值包括网侧变流器GSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量D0和q轴输出的直流分量和Q0；机侧变流器RSC控制器的稳态输出值包括机侧变流器RSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量Dr0和q轴输出的直流分量Qr0；
D0＝KdqI1 sinφi1-2πf1LpI1 sinφi1+V1
Q0＝-KdqI1 cosφi1+2πf1LpI1 cosφi1
Figure FDA0002685489870000011
Figure FDA0002685489870000012
式中：Kdq为网侧变流器GSC控制器的解耦系数；I1为并网点基频电流；φi1为初始相角；f1为基频频率；Lp为网侧变流器GSC逆变器侧滤波电感；V1为并网点基频电压；Rr为转子电阻；Rs为定子电阻；ωslip为转差角频率；ω1为基频角频率；Ls为定子电感；Lr为转子电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ird和Irq则分别为机侧变流器RSC控制器的电流指令值d轴和q轴分量；
S2)根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)；
Figure FDA0002685489870000021
式中：s为频率f对应的虚数形式，s＝2πfj；j为虚数符号；Hi为GSC电流控制器的PI传递函数；TPLL为锁相环闭环传递函数；Hri为RSC控制器的PI传递函数；Krd为RSC控制器的解耦系数；Ir1为转子基频电流；ρ为定转子转差；Δp为指代参数，用于指代
Figure FDA0002685489870000022
S3)获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q；
S4)计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)；
Figure FDA0002685489870000023
式中：kT为交流侧变压器变比；k为预设的整数；P为传统直流送出子系统的传输有功功率运行稳态值P；Q为传统直流送出子系统的传输无功功率运行稳态值；S为为视在功率，S＝P+jQ；F为触发角控制部分传递函数；ω1为基频角频率；Zdc为直流线路阻抗；CL为交流侧无功补偿电容；||为并联阻抗计算符号；
S5)将所述特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)以及特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个所述陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值。
2.陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗测量装置，其特征在于，风场参数获取模块、风场阻抗算法模块、传统直流送出子系统参数获取模块、传统直流送出子系统阻抗算法模块以及总阻抗算法模块；
所述风场参数获取模块，用于获取所述双馈风场子系统的结构参数；并根据所述双馈风场子系统的结构参数，计算网侧变流器GSC控制器和机侧变流器RSC控制器的稳态输出值；其中网侧变流器GSC控制器的稳态输出值包括网侧变流器GSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量D0和q轴输出的直流分量和Q0；机侧变流器RSC控制器的稳态输出值包括机侧变流器RSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量Dr0和q轴输出的直流分量Qr0；
D0＝KdqI1 sinφi1-2πf1LpI1 sinφi1+V1
Q0＝-KdqI1 cosφi1+2πf1LpI1 cosφi1
Figure FDA0002685489870000031
Figure FDA0002685489870000032
式中：Kdq为网侧变流器GSC控制器的解耦系数；I1为并网点基频电流；φi1为初始相角；f1为基频频率；Lp为网侧变流器GSC逆变器侧滤波电感；V1为并网点基频电压；Rr为转子电阻；Rs为定子电阻；ωslip为转差角频率；ω1为基频角频率；Ls为定子电感；Lr为转子电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ird和Irq则分别为机侧变流器RSC控制器的电流指令值d轴和q轴分量；
所述风场阻抗算法模块，用于根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，按照如下算法计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)；
Figure FDA0002685489870000033
式中：s为频率f对应的虚数形式，s＝2πfj；j为虚数符号；Hi为GSC电流控制器的PI传递函数；TPLL为锁相环闭环传递函数；Hri为RSC控制器的PI传递函数；Krd为RSC控制器的解耦系数；Ir1为转子基频电流；ρ为定转子转差；Δp为指代参数，用于指代
Figure FDA0002685489870000041
所述传统直流送出子系统参数获取模块，用于获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q；
所述传统直流送出子系统阻抗算法模块，用于采用如下算法计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)；
Figure FDA0002685489870000042
式中：kT为交流侧变压器变比；k为预设的整数；P为传统直流送出子系统的传输有功功率运行稳态值P；Q为传统直流送出子系统的传输无功功率运行稳态值；S为为视在功率，S＝P+jQ；F为触发角控制部分传递函数；ω1为基频角频率；Zdc为直流线路阻抗；CL为交流侧无功补偿电容；||为并联阻抗计算符号；
所述总阻抗算法模块，用于将所述特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)以及特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个所述陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值。
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