CN204230896U - 一种用于抑制次同步振荡的光伏并网附加控制器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于抑制次同步振荡的光伏并网附加控制器装置，其特征在于在光伏并网控制器基础上附加次同步阻尼控制器，以达到抑制次同步振荡的效果。次同步阻尼控制器以发电机转速差为输入信号，输出到光伏并网控制器交流电压控制参考信号上。阻尼控制器结构包括带通滤波器，相位补偿环节以及增益环节。其产生的补偿电流通过定转子磁场作用，产生与振荡模态频率一致的电磁转矩分量，提高了振荡模态下的发电机阻尼，进而实现机组轴系振荡的平稳，达到抑制次同步振荡的目的。本实用新型所涉及的次同步振荡控制器结构简单，并且安装灵活、方便，可任意安装于各光伏电站。

Description

一种用于抑制次同步振荡的光伏并网附加控制器装置

技术领域

本发明涉及一种用于抑制次同步振荡的光伏并网附加控制器装置，属于电力系统稳定与控制领域。

背景技术

次同步振荡(Subsynchronous Oscillation，SSO)是一种机网耦合现象，表现为发电机组轴系与电网之间的一种能量放大，进而导致为机组轴系模块间的相互扭振，严重情况下会造成发电机组轴系损坏乃至影响整个电网的安全稳定运行。当高压直流输电(High Voltage Direct Current，HVDC)在不恰当的控制方式或一些电气装置(如PSS)以及一些电力电子设备(如FACTS)等影响作用下，有引发系统次同步振荡的风险。

次同步振荡的抑制方法多种多样，其中应用较为广泛的是采用HVDC附加次同步阻尼控制器(subsynchronous oscillation damping controller，SSDC)来抑制SSO。这种方法通过建立交直流系统发电机转速到电气转矩环节解耦传递函数结构，分析附加次同步阻尼控制器抑制次同步振荡原理，进而设计多通道SSDC结构及其相位校正计算方法，但其次同步阻尼控制器位置固定，仅能位于直流输电系统换流站。新能源如光伏太阳能，风能等具有分布广泛、清洁高效的特点，对其的开发利用是未来的能源发展的大趋势，随着越来越多新能源电能并入电网，其在电力系统中将会扮演越来越重要的角色。光伏电能并网需要使用逆变器配以适当的控制策略，通常情况下控制策略仅保证电能的顺利输送，对电网安全稳定无过多影响。但实际上并网控制器具有响应快速，调节方便的特点，因此，在光伏并网控制器的基础上，设计合理附加控制器同样可以提升电网动态性能，抑制次同步振荡。与通过高压直流输电系统抑制次同步振荡的方法相比，利用光伏系统抑制次同步振荡的方法更加灵活和方便。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供的一种利用光伏并网附加控制来抑制次同步振荡的装置，其特点是利用光伏并网控制器响应迅速、调节方便的优点，在光伏并网控制器的基础上安装附加次同步阻尼控制器装置，以达到抑制电力系统次同步振荡的目的。

本实用新型所的目的由以下技术措施实现：

用于抑制次同步振荡的光伏并网附加控制器装置由光伏并网控制器和附加次同步阻尼控制器两部分组成，其中，光伏并网控制器交流电压控制接口与附加次同步阻尼控制器连接，用以抑制电力系统次同步振荡；

1)光伏并网控制器

光伏并网控制器的主要作用是将光伏直流电转换为交流电，其采用脉宽调制技术和双闭环解耦控制策略，实现直流电到交流电之间的转换；

2)附加次同步阻尼控制器

附加次同步阻尼控制器以发电机转速差为输入信号，输出与光伏并网控制器交流电压控制接口连接，附加次同步阻尼控制器结构包括带通滤波器，增益环节以及相位补偿环节，并依次连接，由于系统存在多个次同步振荡模态，因此，附加次同步阻尼控制器包括多组带通滤波器，增益环节以及相位补偿环节；附加次同步阻尼控制器产生的补偿电流通过定转子磁场作用，产生与振荡模态频率一致的电磁转矩分量，提高了振荡模态下的发电机阻尼，进而实现机组轴系振荡的平稳，达到抑制次同步振荡的目的。

本实用新型具有如下优点：

用于抑制次同步振荡的光伏并网附加控制器装置利用光伏电站调节方便、响应快速的特点来抑制电力系统次同步振荡，其设计方便，安装地点灵活，可以安装于任意光伏电站。

附图说明

图1为带附加次同步阻尼控制器的光伏并网控制器。

其中，和U_dc分别为光伏电站直流侧参考电压和实际电压，和U_ac分别为光伏电站交流侧参考电压和实际电压，i_sd，i_sq分别为d轴参考电流，q轴参考电流，d轴实际电流，q轴实际电流，ωL为基础频率与并网滤波电感之积，PI为PI控制器，u_sd，u_sq分别为d轴和q轴实际电压，δ和m分别为载波相角和幅值。

图2为附加次同步阻尼控制器结构。

其中，滤波器的带宽取为3Hz。滤波器的传递函数为：

$G_i\left(s\right)=\frac{3s}{s^2+3s+{\mathrm{\ω}}_i^2}\·\frac{s^2+{\mathrm{\ω}}_{i-1}^2}{s^2+3s+{\mathrm{\ω}}_{i-1}^2}\·\frac{s^2+{\mathrm{\ω}}_{i+1}^2}{s^2+3s+{\mathrm{\ω}}_{i+1}^2}$

相位补偿的传递函数为

$F_i\left(s\right)={\left(\frac{1+s{T}_1}{1+s{T}_2}\right)}^n$

T₁和T₂为相位补偿环节时间常数。增益环节K用来保证每个模态的信号量在相位补偿后幅值的变化不大。

图3为实施例中所研究的电力系统。

图4为光伏并网控制器中无附加次同步阻尼控制器时发电机转速扰动响应情况。

图5为光伏并网控制器中有附加次同步阻尼控制器时发电机转速扰动响应情况。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容对本发明作出一些非本质性的改进和调整。

实施例

如图1和图2所示，用于抑制次同步振荡的光伏并网附加控制器装置由光伏并网控制器和附加次同步阻尼控制器两部分组成，其中，光伏并网控制器交流电压控制接口与附加次同步阻尼控制器1连接，用以抑制电力系统次同步振荡；

1)光伏并网控制器

光伏并网控制器的主要作用是将光伏直流电转换为交流电，其采用脉宽调制技术和双闭环解耦控制策略，实现直流电到交流电之间的转换；

2)附加次同步阻尼控制器

附加次同步阻尼控制器1以发电机转速差为输入信号，输出与光伏并网控制器交流电压控制接口连接，附加次同步阻尼控制器结构包括带通滤波器2，增益环节3以及相位补偿环节4，并依次连接，由于系统存在多个次同步振荡模态，因此，附加次同步阻尼控制器包括多组带通滤波器2，增益环节3以及相位补偿环节4；附加次同步阻尼控制器产生的补偿电流通过定转子磁场作用，产生与振荡模态频率一致的电磁转矩分量，提高了振荡模态下的发电机阻尼，进而实现机组轴系振荡的平稳，达到抑制次同步振荡的目的。

本实施例中简化电力系统拓扑图如图3所示，直流输电系统额定电流为3kA，双极运行额定传输功率为3000MW。当此系统在孤岛情况下降压70％运行时，会发生次同步振荡，因此考虑在系统内光伏电站并网控制器上增加次同步阻尼控制器抑制振荡。

具体实施步骤：

1)取发电机转速信号，采用矩阵束算法进行特征根分析，可以得到不同振荡频率下的特征根与相位。光伏并网后次同步模态分析如表1所示。

表1辨识结果

由表1知，整个系统存在3个振荡模态，模态1和模态2为负阻尼，容易造成SSO发散，模态3为弱阻尼，当发电机组转速发生波动时，这个频率的模态衰减较为缓慢，不利于系统稳定。

2)设计附加次同步阻尼控制器

在加入附加次同步阻尼控制器前，首先要计算各振荡模态滤波器的移向角度和需要补偿的角度。然后再根据补偿相位，分别计算各振荡模态的相位补偿参数和增益，从而得出附加次同步阻尼控制器各环节参数。本实施例控制器参数如表2所示。

表2控制器参数

3)按图2示意将附加次同步阻尼控制器加入光伏并网控制器中，仿真验证阻尼控制器效果。图4是未加入附加次同步阻尼控制器时，发电机转速在扰动情况下响应，其呈振荡发散状态，次同步振荡现象明显。在光伏并网控制器上加入附加次同步阻尼控制器后，发电机转速如图5所示，可以看出，转速扰动后迅速收敛，次同步振荡现象被有效抑制。本实施例表明，在光伏并网控制器基础上设计附加次同步阻尼控制器可以有效抑制电力系统次同步振荡现象。

Claims (1)

1.用于抑制次同步振荡的光伏并网附加控制器装置，其特征在于由光伏并网控制器和附加次同步阻尼控制器两部分组成，其中，光伏并网控制器交流电压控制接口与附加次同步阻尼控制器(1)连接，用以抑制电力系统次同步振荡；

1)光伏并网控制器

光伏并网控制器的主要作用是将光伏直流电转换为交流电，其采用脉宽调制技术和双闭环解耦控制策略，实现直流电到交流电之间的转换；

2)附加次同步阻尼控制器

附加次同步阻尼控制器(1)以发电机转速差为输入信号，输出与光伏并网控制器交流电压控制接口连接，附加次同步阻尼控制器结构包括带通滤波器(2)，增益环节(3)以及相位补偿环节(4)，并依次连接，由于系统存在多个次同步振荡模态，因此，附加次同步阻尼控制器包括多组带通滤波器(2)，增益环节(3)以及相位补偿环节(4)；附加次同步阻尼控制器产生的补偿电流通过定转子磁场作用，产生与振荡模态频率一致的电磁转矩分量，提高了振荡模态下的发电机阻尼，进而实现机组轴系振荡的平稳，达到抑制次同步振荡的目的。