本發(fā)明屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩抑制方法及抑制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著風(fēng)電并網(wǎng)容量逐步擴(kuò)大，其對(duì)電網(wǎng)的影響也逐步顯現(xiàn)。近年來(lái)，多個(gè)地區(qū)出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組參與的區(qū)域電網(wǎng)次同步振蕩現(xiàn)象，導(dǎo)致大面積風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，甚至誘發(fā)鄰近火電機(jī)組次同步保護(hù)裝置動(dòng)作，引起火電機(jī)組切機(jī)。為了避免次同步振蕩威脅電網(wǎng)安全，需要采取必要措施來(lái)抑制次同步振蕩的發(fā)生。

風(fēng)電參與次同步振蕩的研究尚在起步階段，目前相關(guān)學(xué)者提出的抑制措施多從電網(wǎng)角度出發(fā)，例如在風(fēng)電場(chǎng)附近安裝FACTS裝置，這會(huì)增加額外成本，且工程參數(shù)調(diào)試?yán)щy。也有學(xué)者開(kāi)始關(guān)注風(fēng)機(jī)側(cè)的抑制辦法，參考火電機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，提出增加以轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)為反饋的阻尼控制，然而該方法在工程應(yīng)用中尚有2個(gè)難點(diǎn)沒(méi)有解決：1是目前風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差檢測(cè)精度太低，不能滿足控制需求；2是控制方法基于次同步振蕩頻率已知，而目前風(fēng)電參與的次同步振蕩呈現(xiàn)出了振蕩頻率隨運(yùn)行工況變化的特點(diǎn)，難以預(yù)知振蕩頻率。

故，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種適用于風(fēng)電機(jī)組的次同步振蕩抑制方法及抑制系統(tǒng)?？稍诓辉黾佑布O(shè)備的前提下有效抑制風(fēng)電機(jī)組的次同步振蕩，且易于工程實(shí)現(xiàn)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩抑制方法可采用如下技術(shù)方案：

一種風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩抑制方法，包括如下步驟：

(1)、將電流DQ軸分量輸入次同步振蕩抑制器；

(2)、所述DQ軸分量在次同步振蕩抑制器中經(jīng)過(guò)濾波；

(3)、在次同步振蕩抑制器中經(jīng)過(guò)Park變換得到次同步坐標(biāo)下的DQ軸分量I_SSD和I_SSQ，其中，I_SSD為D軸次同步振蕩頻率的分量，I_SSQ為Q軸次同步振蕩頻率的分量；將I_SSQ經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器得到次同步角速度ω_SSO，對(duì)次同步角速度ω_SSO積分后得到次同步角度θ_SSO；

(4)、在次同步振蕩抑制器中將輸入的次同步角度θ_SSO與補(bǔ)償角相加得到用于反Park變換的角度即其中補(bǔ)償角用于補(bǔ)償采樣濾波等過(guò)程產(chǎn)生的相位偏差；

(5)、按照反Park變換角θ’_SSO將次同步坐標(biāo)下DQ軸分量I_SSD和I_SSQ變換到同步坐標(biāo)系下，并經(jīng)過(guò)限幅后得到次同步電流DQ軸阻尼量I_SD和I_SQ，其中I_SD為D軸阻尼量，I_SQ為Q軸阻尼量；

(6)、DQ軸阻尼量I_SD和I_SQ和原DQ軸電流給定值疊加后作為電流環(huán)給定；I_SD對(duì)I_SSD形成閉環(huán)反饋控制，并產(chǎn)生阻尼效果，抑制D軸次同步振蕩；I_SQ對(duì)I_SSQ形成閉環(huán)反饋控制，并產(chǎn)生阻尼效果，抑制Q軸次同步振蕩。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩抑制系統(tǒng)可采用如下技術(shù)方案：

一種風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩抑制系統(tǒng)，包括：

次同步振蕩抑制器；電流DQ軸分量輸入次同步振蕩抑制器，且DQ軸分量在次同步振蕩抑制器中經(jīng)過(guò)濾波；且在次同步振蕩抑制器中經(jīng)過(guò)Park變換得到次同步坐標(biāo)下的DQ軸分量I_SSD和I_SSQ，其中，I_SSD為D軸次同步振蕩頻率的分量，I_SSQ為Q軸次同步振蕩頻率的分量；

PI調(diào)節(jié)器，I_SSQ經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器得到次同步角速度ω_SSO，對(duì)次同步角速度ω_SSO積分后得到次同步角度θ_SSO；

補(bǔ)償裝置，用以在次同步振蕩抑制器中將輸入的次同步角度θ_SSO與補(bǔ)償角相加得到用于反Park變換的角度即其中補(bǔ)償角用于補(bǔ)償采樣濾波等過(guò)程產(chǎn)生的相位偏差；

阻尼量生成裝置，用以按照反Park變換角θ’_SSO將次同步坐標(biāo)下DQ軸分量I_SSD和I_SSQ變換到同步坐標(biāo)系下，并經(jīng)過(guò)限幅后得到次同步電流DQ軸阻尼量I_SD和I_SQ，其中I_SD為D軸阻尼量，I_SQ為Q軸阻尼量；

抑制裝置，用以將DQ軸阻尼量I_SD和I_SQ和原DQ軸電流給定值疊加后作為電流環(huán)給定；I_SD對(duì)I_SSD形成閉環(huán)反饋控制，并產(chǎn)生阻尼效果，抑制D軸次同步振蕩；I_SQ對(duì)I_SSQ形成閉環(huán)反饋控制，并產(chǎn)生阻尼效果，抑制Q軸次同步振蕩。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.對(duì)次同步振蕩的抑制通過(guò)改變風(fēng)機(jī)控制策略實(shí)現(xiàn)，無(wú)需增加額外成本；

2.適應(yīng)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)電氣信號(hào)測(cè)量精度大于轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量精度的特點(diǎn)，從電氣信號(hào)中提取次同步振蕩信息，準(zhǔn)確度更高，抑制效果更好；

3.對(duì)次同步振蕩頻率自適應(yīng)，無(wú)需預(yù)知次同步振蕩頻率，也無(wú)需應(yīng)用傅里葉分析等復(fù)雜的算法來(lái)實(shí)時(shí)提取次同步振蕩頻率，降低工程實(shí)現(xiàn)難度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中雙饋機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)增加次同步振蕩抑制后的控制框圖。

圖2為本發(fā)明中采用的次同步振蕩抑制器的原理圖。

圖3為本發(fā)明中采用的次同步鎖相環(huán)的原理圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中次同步振蕩抑制器在雙饋風(fēng)電機(jī)組中應(yīng)用效果仿真波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于次同步鎖相的風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩抑制方法及抑制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)思想是依托風(fēng)電變流器控制實(shí)現(xiàn)，在原有發(fā)電控制中增加基于次同步鎖相的次同步振蕩抑制器SSOI，分別作用于D軸電流閉環(huán)和Q軸電流閉環(huán)，同時(shí)對(duì)DQ軸電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，增強(qiáng)機(jī)組電氣阻尼，從而抑制次同步振蕩的發(fā)生。

而具體的，該抑制方法包括如下步驟：

(1)、提供次同步振蕩抑制器，將電流DQ軸分量輸入次同步振蕩抑制器。

(2)、所述DQ軸分量在次同步振蕩抑制器中經(jīng)過(guò)濾波；該濾波為高通濾波，截止頻率設(shè)置2～5Hz，用于濾除直流分量。對(duì)2Hz截止頻率，濾波器的傳遞函數(shù)為G(s)＝s/(s+12.57)；對(duì)5Hz截止頻率，濾波器的傳遞函數(shù)為G(s)＝s/(s+31.42)。

(3)、在次同步振蕩抑制器中經(jīng)過(guò)Park變換得到次同步坐標(biāo)下的DQ軸分量I_SSD和I_SSQ，其中，I_SSD為D軸分量，I_SSQ為Q軸分量；將I_SSQ經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器得到次同步角速度ω_SSO，即ω_SSO＝(Kp+Ki/s)*I_SSQ，其中Kp為比例系數(shù)，其大小影響跟蹤速度，Ki為積分系數(shù)，其大小影響超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，這兩個(gè)系數(shù)根據(jù)工程應(yīng)用的具體需求來(lái)確定，1/s為積分的頻域表達(dá)式。對(duì)次同步角速度ω_SSO積分后得到次同步角度θ_SSO，即θ_SSO＝(1/s)*ω_SSO，其中1/s為積分的頻域表達(dá)式。

(4)、在次同步振蕩抑制器中將輸入的次同步角度θ_SSO與補(bǔ)償角相加得到用于反Park變換的角度其中補(bǔ)償角用于補(bǔ)償采樣濾波等過(guò)程產(chǎn)生的相位偏差,例如硬件采樣濾波電路產(chǎn)生的相位偏差可以通過(guò)信號(hào)發(fā)生器和示波器實(shí)測(cè)得到。

(5)、按照反Park變換角θ’_SSO將次同步坐標(biāo)下DQ軸分量I_SSD和I_SSQ變換到同步坐標(biāo)系下，并經(jīng)過(guò)限幅后得到次同步電流DQ軸阻尼量I_SD和I_SQ，其中I_SD為D軸阻尼量，I_SQ為Q軸阻尼量。在本實(shí)施方式中，限幅的計(jì)算方法為：如果I_SD>Max，則令I(lǐng)_SD＝Max；如果I_SD<Min，則令I(lǐng)_SD＝Min；否則I_SD保持不變，Max和Min分別為限幅的上限值和下限值，對(duì)I_SQ同理。

(6)、DQ軸阻尼量I_SD和I_SQ和原DQ軸電流給定值疊加后作為電流環(huán)給定。

而對(duì)應(yīng)上述抑制方法，本發(fā)明提供的風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩抑制系統(tǒng)包括：

次同步振蕩抑制器；電流DQ軸分量輸入次同步振蕩抑制器，且DQ軸分量在次同步振蕩抑制器中經(jīng)過(guò)濾波；且在次同步振蕩抑制器中經(jīng)過(guò)Park變換得到次同步坐標(biāo)下的DQ軸分量I_SSD和I_SSQ，其中，I_SSD為D軸次同步振蕩頻率的分量，I_SSQ為Q軸次同步振蕩頻率的分量；其中，次同步振蕩抑制器中的濾波為高通濾波，該高通濾波截止頻率設(shè)置2～5Hz，用于濾除直流分量；

PI調(diào)節(jié)器，I_SSQ經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器得到次同步角速度ω_SSO，對(duì)次同步角速度ω_SSO積分后得到次同步角度θ_SSO；即ω_SSO＝(Kp+Ki/s)*I_SSQ，其中Kp為比例系數(shù)，Ki為積分系數(shù)，1/s為積分的頻域表達(dá)式。θ_SSO＝(1/s)*ω_SSO，其中1/s為積分的頻域表達(dá)式；

補(bǔ)償裝置，用以在次同步振蕩抑制器中將輸入的次同步角度θ_SSO與補(bǔ)償角相加得到用于反Park變換的角度即其中補(bǔ)償角用于補(bǔ)償采樣濾波等過(guò)程產(chǎn)生的相位偏差；

阻尼量生成裝置，用以按照反Park變換角θ’_SSO將次同步坐標(biāo)下DQ軸分量I_SSD和I_SSQ變換到同步坐標(biāo)系下，并經(jīng)過(guò)限幅后得到次同步電流DQ軸阻尼量I_SD和I_SQ，其中I_SD為D軸阻尼量，I_SQ為Q軸阻尼量；限幅的計(jì)算方法為：如果I_SD>Max，則令I(lǐng)_SD＝Max；如果I_SD<Min，則令I(lǐng)_SD＝Min；否則I_SD保持不變，Max和Min分別為限幅的上限值和下限值；如果I_SQ>Max，則令I(lǐng)_SQ＝Max；如果I_SQ<Min，則令I(lǐng)_SQ＝Min；否則I_SQ保持不變；

抑制裝置，用以將DQ軸阻尼量I_SD和I_SQ和原DQ軸電流給定值疊加后作為電流環(huán)給定；I_SD對(duì)I_SSD形成閉環(huán)反饋控制，并產(chǎn)生阻尼效果，抑制D軸次同步振蕩；I_SQ對(duì)I_SSQ形成閉環(huán)反饋控制，并產(chǎn)生阻尼效果，抑制Q軸次同步振蕩。

以下以具體的實(shí)施例進(jìn)行本發(fā)明提供的技術(shù)方案的應(yīng)用說(shuō)明。

實(shí)施例：在雙饋風(fēng)電機(jī)組中應(yīng)用

如圖1所示，雙饋機(jī)組發(fā)電功率主要通過(guò)發(fā)電機(jī)定子注入電網(wǎng)，其控制通常采用DQ軸解耦控制方法，定子電流DQ軸給定由風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)輸出給變流器，定子電流DQ軸反饋由變流器定子電流采樣經(jīng)過(guò)Park變換得到，定子DQ軸給定與反饋?zhàn)霾钶斎攵ㄗ与娏魍猸h(huán)PI調(diào)節(jié)器，輸出作為轉(zhuǎn)子電流內(nèi)環(huán)的DQ軸給定，轉(zhuǎn)子電流DQ軸反饋由變流器轉(zhuǎn)子電流采樣經(jīng)過(guò)Park變換得到，轉(zhuǎn)子DQ軸給定與反饋?zhàn)霾钶斎朕D(zhuǎn)子電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器，輸出為變流器機(jī)側(cè)控制電壓，對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正常控制。其中，i_sdref和i_sqref分別為定子電流DQ軸給定，i_sd和i_sq為定子電流DQ軸反饋，i_rdref和i_rqref為轉(zhuǎn)子電流DQ軸給定，i_rd和i_rq為轉(zhuǎn)子電流DQ軸反饋，u_rd和u_rq為轉(zhuǎn)子變流器輸出DQ軸控制電壓，忽略DQ軸間的解耦項(xiàng)。本發(fā)明在雙饋機(jī)組正?？刂苹A(chǔ)上增加了次同步振蕩抑制器SSOI，添加位置在轉(zhuǎn)子變流器控制環(huán)路中定子電流給定處?；诖瓮芥i相的次同步振蕩抑制器(SSOI)取DQ軸定子電流為輸入，自動(dòng)提取其中的次同步振蕩分量并對(duì)相位進(jìn)行校正補(bǔ)償，從而生成次同步電流DQ軸阻尼量I_SD和I_SQ，阻尼量與定子電流給定疊加從而調(diào)節(jié)有功無(wú)功電流，產(chǎn)生阻尼抑制次同步振蕩。上述原理與火電機(jī)組抑制次同步振蕩的原理相同，差異在于，火電機(jī)組次同步振蕩頻率是固定且預(yù)先知道的，次同步分量通過(guò)固定頻率的陷波器提取，而風(fēng)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)發(fā)生的次同步振蕩具有不可預(yù)知性，不同電網(wǎng)運(yùn)行方式下可能會(huì)面對(duì)不同頻率的次同步振蕩。因此抑制難度在于動(dòng)態(tài)提取次同步振蕩頻率分量，而本發(fā)明正是通過(guò)次同步鎖相的方式解決了這一難題，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩的抑制。

次同步振蕩抑制器SSOI的構(gòu)成如圖2所示。定子DQ軸電流i_sd和i_sq首先經(jīng)過(guò)2Hz高通濾波器濾除直流分量，剩余次同步分量送入鎖相環(huán)PLL，PLL對(duì)次同步分量鎖相得到次同步角度θ_SSO，同時(shí)在次同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下得到DQ軸分量I_SSD和I_SSQ。采樣和濾波環(huán)節(jié)產(chǎn)生的偏差通過(guò)補(bǔ)償角進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后得到反Park變換角θ’_SSO。然后進(jìn)行反Park變換，將次同步坐標(biāo)變換到同步坐標(biāo)，經(jīng)過(guò)限幅后輸出次同步阻尼量I_SD和I_SQ。

鎖相環(huán)PLL的構(gòu)成如圖3所示。輸入量經(jīng)過(guò)Park變換得到DQ軸分量，然后將Q軸分量經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器得到次同步角速度ω_SSO，積分后得到次同步角度θ_SSO。θ_SSO同時(shí)也用于上述Park變換過(guò)程。DQ軸分量經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除其他頻率干擾信號(hào)，得到次同步分量I_SSD和I_SSQ。

如圖4所示，為雙饋機(jī)組電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子電流的三相波形。正常運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)電壓、定子電流均為標(biāo)準(zhǔn)的50Hz正弦波，轉(zhuǎn)子電流為轉(zhuǎn)差頻率(一般0～10Hz)的正弦波。當(dāng)次同步振蕩發(fā)生時(shí)，電網(wǎng)電壓、定子電流中會(huì)出現(xiàn)次同步頻率的分量，轉(zhuǎn)子電流中會(huì)出現(xiàn)次同步轉(zhuǎn)差頻率(轉(zhuǎn)子機(jī)械頻率減去次同步頻率)的分量。因此可以通過(guò)觀察次同步分量來(lái)判斷系統(tǒng)是否發(fā)生次同步振蕩或者振蕩消除。搭建雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型，正常并網(wǎng)發(fā)電后0.6s投入線路串補(bǔ)，次同步振蕩逐漸發(fā)散，從交流電流波形觀測(cè)振蕩頻率6Hz左右；1.4s投入上述次同步振蕩抑制方法，次同步振蕩逐漸收斂，到1.7s基本消除振蕩。從而從圖4可以看出仿真中模擬線路串補(bǔ)投入引起雙饋機(jī)組次同步振蕩，應(yīng)用上述抑制方法后，在1.4s投入上述次同步振蕩抑制方法后，在電網(wǎng)電壓保持穩(wěn)定的同時(shí)，定子電流及轉(zhuǎn)子電流的次同步振蕩逐漸收斂。進(jìn)一步的，到1.7s之后，在電網(wǎng)電壓保持穩(wěn)定的同時(shí)，定子電流及轉(zhuǎn)子電流的次同步振蕩逐漸振蕩消失，從而驗(yàn)證了抑制方法的有效性。

以上實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的說(shuō)明，而本發(fā)明的保護(hù)范圍并非局限于此，任何熟悉本專業(yè)的人員對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行的修改或等同替換，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。