抑制双馈风电场串补输电系统次同步谐振的阻塞滤波方法技术方案

本发明专利技术提出一种抑制双馈风电场串补输电系统次同步谐振的阻塞滤波方法，双馈风电场串补输电系统包括：DFIG风电场和与DFIG风电场相连的串补输电系统，DFIG风电场包括：感应电机、电力电子变换器和电力电子变换器控制系统，该方法包括：选择阻塞滤波器，其中，阻塞滤波器用于滤除电力电子变换器控制系统的控制信号中的SSR模态信号；分析双馈风电场串补输电系统的次同步特性，确定阻塞滤波器的特征频率和带宽；分析电力电子变换器控制系统的结构，以便从中确定多个嵌入点；将参数整定后的阻塞滤波器嵌入至少一个嵌入点，以滤除电力电子变换器控制系统的控制信号中的SSR模态信号。本发明专利技术的方法能够有效抑制双馈风电场串补输电系统中的次同步谐振问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统控制
，特别涉及一种抑制双馈风电场串补输电系统 次同步谐振的阻塞滤波方法。
技术介绍
风电是一种清洁无污染的可再生能源，适宜大规模开发利用且技术相对成熟， 在一些国家和地区已经成为一种主流能源。双馈风力发电机（Doubly-fedInduction Generator，DFIG)因具有能实现变速恒频运行、风能转换效率高、功率控制灵活等优点而在 实际风电场中得到广泛应用。DFIG采用两个背靠背、通过直流环节连接的电压源变换器进 行交流励磁。其中，与DFIG转子相连的变换器称为转子侧变换器（RotorSideConvertor， RSC)，对RSC的控制能实现对DFIG定子输出有功、无功功率的控制。与DFIG定子相连的变 换器称为网侧变换器（GridSideConvertor，GSC)，对GSC的控制能实现保持直流母线电 压稳定、保证输入电流正弦和控制输入功率因数。DFIG的电力电子变换器包括RSC和GSC。 固定串联补偿可以大幅减小线路的工频等效电抗，缩短线路的电气距离，提高线 路的输电距离、输电能力和暂态稳定性，为大容量风电的外送提供了新方案。然而，双馈风 电场连接到安装有固定串补的电力系统中容易引起一种电力系统稳定性问题，也就是次同 步谐振（SubsynchronousResonance，SSR)。2009年9月美国德克萨斯州的一处风电场发生 了风电场SSR事故，事故导致大量风机脱网和撬棒电路的损坏，造成巨大的经济损失。2012 年12月，中国沽源地区的风电场发生了振荡频率为6-8Hz的SSR事故，导致部分风电机组 脱网。此后，该地区又多次发生电流和功率振荡现象，给风电的开发利用和电力系统的安全 稳定运行带来不良影响。 由于双馈风电场发生的SSR问题是由双馈风力发电机控制系统与固定串补之间 的相互作用导致的，其特性非常复杂，风速、等效串补度、并网发电机台数和变换器控制参 数都会对SSR特性产生影响，而如何有效的抑制双馈风电场SSR问题还没有很好的解决方 法。目前，抑制双馈风电场发生的SSR问题主要通过附加阻尼控制的方法。通过在DFIG中 的GSC或者RSC控制系统上附加次同步阻尼控制环，合理设计控制环参数来抑制风电场的 SSR问题。然而，这种附加控制方法的SSR抑制能力受到GSC或者RSC容量的限制，因此应 用范围受限。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。 为此，本专利技术的目的在于提出一种抑制双馈风电场串补输电系统次同步谐振的阻 塞滤波方法，该方法能够有效抑制双馈风电场串补输电系统中的次同步谐振问题。 为了实现上述目的，本专利技术的实施例提出了一种抑制双馈风电场串补输电系统次 同步谐振的阻塞滤波方法，双馈风电场串补输电系统包括：DFIG风电场和与所述DFIG风电 场相连的串补输电系统，所述DFIG风电场包括：感应电机、电力电子变换器和电力电子变 换器控制系统，所述方法包括以下步骤：选择阻塞滤波器，其中，所述阻塞滤波器用于滤除 所述电力电子变换器控制系统的控制信号中的SSR模态信号；对所述阻塞滤波器进行参数 整定，包括：对所述双馈风电场串补输电系统的次同步特性进行分析，并根据分析结果确定 所述阻塞滤波器的特征频率和带宽；对所述电力电子变换器控制系统的结构进行分析，以 便从所述电力电子变换器控制系统中确定多个嵌入点；将进行参数整定后的阻塞滤波器嵌 入至少一个所述嵌入点，以滤除所述电力电子变换器控制系统的控制信号中的SSR模态信 号。 根据本专利技术实施例的， 通过在双馈风力发电机GSC或者RSC的控制系统中嵌入阻塞滤波器进行阻塞滤波，滤除掉 控制信号中的SSR模态信号，消除或大大降低DFIG控制与串补之间的相互作用，实现DFIG 的SSR自免疫功能，从而有效抑制双馈风电场串补输电系统中的次同步谐振问题。同时，阻 塞滤波器的嵌入不影响其他频率控制信号的正常通过，对DFIG正常的稳态和暂态控制没 有影响。另外，该方法实现过程中参数设计简单、投资成本低。 另外，根据本专利技术上述实施例的抑制双馈风电场串补输电系统次同步谐振的阻塞 滤波方法还可以具有如下附加的技术特征： 在一些示例中，对所述阻塞滤波器进行参数整定，具体包括：对所述双馈风电场串 补输电系统的次同步特性进行分析，确定双馈风电场串补输电系统发生SSR问题的多个工 况；确定所述多个工况下的SSR频率和阻尼的变化范围，并从所述多个工况中找出阻尼最 弱的工况；根据所述多个工况下的SSR频率的变化范围和阻尼最弱的工况下的SSR频率确 定所述阻塞滤波器的特征频率；根据所述多个工况下的SSR频率的变化范围确定所述阻塞 滤波器的带宽。 在一些示例中，所述阻塞滤波器为二阶次同步带阻滤波器，所述二阶次同步带阻 滤波器的传递函数为： 其中，《BK为带阻滤波器的特征频率，B为带阻滤波器的带宽。 在一些示例中，从所述电力电子变换器控制系统中确定的多个嵌入点包括：所述 电力电子变换器控制系统的输入位置、输出位置以及所述电力电子变换器控制系统中内环 和外环中的多个位置。 在一些示例中，所述电力电子变换器包括RSC和GSC，所述电力电子变换器控制系 统包括RSC控制系统和GSC控制系统。 本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本专利技术的实践了解到。【附图说明】 本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中： 图1是根据本专利技术一个实施例的抑制双馈风电场串补输电系统次同步谐振的阻 塞滤波方法的流程图；图2是根据本专利技术一个实施例的双馈风电场串补输电系统的结构示意图； 图3是根据本专利技术一个实施例的RSC控制系统双闭环控制环节的示意图；以及 图4是根据本专利技术一个实施例的GSC控制系统双闭环控制环节的示意图。【具体实施方式】 下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。 以下结合附图描述根据本专利技术实施例的抑制双馈风电场串补输电系统次同步谐 振的阻塞滤波方法。 在描述本专利技术实施例的方法之前，首先结合图2描述双馈风电场串补输电系统的 具体结构。如图2所示，该双馈风电场串补输电系统包括：DFIG风电场和与DFIG风电场相 连的串补输电系统，其中，DFIG风电场中包含多台DFIG，这些DFIG经箱式变压器连接到同 一风电场母线上。进一步地，DFIG风电场包括：感应电机、电力电子变换器和电力电子变换 器控制系统，其中，电力电子变换器例如包括RSC和GSC，对应地，电力电子变换器控制系统 例如包括RSC控制系统及GSC控制系统。串补输电系统由串补线路和无穷大电网构成。其 中，串补线路用线路电阻、线路电感和串补电容表示。 进一步地，图1是根据本专利技术一个实施例的抑制双馈风电场串补输电系统次同步 谐振的阻塞滤波方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤： 步骤S101，选择阻塞滤波器，其中，阻塞滤波器用于滤除电力电子变换器控制系统 的控制信号中的SSR模态信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制双馈风电场串补输电系统次同步谐振的阻塞滤波方法，其特征在于，双馈风电场串补输电系统包括：DFIG风电场和与所述DFIG风电场相连的串补输电系统，所述DFIG风电场包括：感应电机、电力电子变换器和电力电子变换器控制系统，所述方法包括以下步骤：选择阻塞滤波器，其中，所述阻塞滤波器用于滤除所述电力电子变换器控制系统的控制信号中的SSR模态信号；对所述阻塞滤波器进行参数整定，包括：对所述双馈风电场串补输电系统的次同步特性进行分析，并根据分析结果确定所述阻塞滤波器的特征频率和带宽；对所述电力电子变换器控制系统的结构进行分析，以便从所述电力电子变换器控制系统中确定多个嵌入点；将进行参数整定后的阻塞滤波器嵌入至少一个所述嵌入点，以滤除所述电力电子变换器控制系统的控制信号中的SSR模态信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢小荣，刘华坤，李雨，刘辉，李蕴红，胡应宏，刘汉民，朱斯，
申请(专利权)人：清华大学，国家电网公司，华北电力科学研究院有限责任公司，国网新源张家口风光储示范电站有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11