双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法技术

本发明专利技术提供了一种双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法，包括步骤1：建立基于双馈风电机组连接至无穷大电网系统的小信号模型；步骤2：通过对小信号模型进行特征值分析，获得特征值的分布情况；步骤3：基于变流器PI参数的变化对次同步控制相互作用所对应特征值的影响，选取对次同步控制抑制效果最佳的变流器PI参数范围。本发明专利技术通过分别控制转子侧变流器PI参数和网侧变流器PI参数抑制次同步振荡，增大了次同步振荡模态的阻尼比，起到减弱轴系振荡的效果。本发明专利技术通过选取适当范围的变流器PI参数范围，达到抑制次同步控制相互作用的目的，无需增加额外的设备，只需要优化变流器的PI参数选择即可实现，具有成本低、参数整定简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电
，具体地，涉及一种双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法。
技术介绍
风电机组控制器引起的次同步振荡问题是随着风力发电快速发展而产生的一种新的次同步振荡现象。与次同步谐振和装置引起的次同步振荡不同，风电机组控制器引起的次同步振荡和机械系统没有任何联系。此类次同步振荡的频率和衰减率由风电控制器参数和输电系统参数共同决定，与轴系固有模态频率完全无关，且比次同步谐振SSR发散得更快，应引起足够的重视。相关文献研究表明，次同步控制相互作用发生的原因是风电机组的快速直接电流控制导致系统出现负阻尼。系统发生扰动所产生的谐振电流会在发电机转子上感应出对应的次同步电流，进而引起转子电流的变化。变流控制器感受到此变化后会调节逆变器输出电压，引起转子中实际电流的改变。如果输出电压助增转子电流增大，谐振电流的振荡将会加剧，进而导致系统稳定性的破坏。2009年9月，在美国德克萨斯州的某风电场发生了一次SSCI事故，造成风力发电机大量跳机以及内部撬棒电路损坏。该事故引发了相关学者的关注，并开展了相关的研究工作，提出了一系列抑制SSCI的方法。但这些方法多采用在DFIG附近安装FACTS装置，成本较高，并且FACTS与DFIG的交互作用使得FACTS的参数整定较为困难，在工程实际中实现较为困难。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法。根据本专利技术提供的双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法，包括如下步骤：步骤1：建立基于双馈风电机组连接至无穷大电网系统的小信号模型；步骤2：通过对小信号模型进行特征值分析，获得特征值的分布情况；步骤3：基于变流器PI参数的变化对次同步控制相互作用所对应特征值的影响，从而选取对次同步控制相互作用抑制效果最佳的变流器PI参数范围。优选地，所述小信号模型包括：轴系模块、感应电机模块、转子侧控制器、变流器直流侧模块、网侧控制器模块、变流器出口电感和变压器模块、并联补偿电容模块以及输电线路模块；其中，转子侧控制器采用基于定子磁链定向的矢量控制，控制DFIG的有功功率和机端电压。优选地，所述轴系模块以风机桨叶转矩ΔTω和发电机电磁转矩ΔTe作为输入变量，以高速轴角速度，即发电机角速度Δωr为输出变量，状态方程如公式(1)所示：其中，ΔXM＝[Δθ1 Δθ2 Δθ3 Δω1 Δω2 Δω3]T；ΔYM＝[Δθ3 Δω3]T，ΔuM＝[ΔTw ΔTe]T；式中：表示ΔXM对时间的倒数，AM、BM、CM和DM表示轴系模块的控制系统参数矩阵，ΔXM表示轴系模块的状态变量，ΔuM表示轴系模块的控制变量，ΔYM表示轴系模块的输出变量，Δθ1、Δθ2、Δθ3分别表示轴系模块三个质量块的机械旋转角微增量，Δω1、Δω2、Δω3分别表示三个质量块的角速度微增量；所述感应发电机模块以发电机角速度Δωr、定子电压ΔUs和转子电压ΔUr作为输入变量，以发电机电磁转矩ΔTe、定子输出电流ΔIs和转子输出电流ΔIr为输出变量，状态方程如式(2)所示：其中，ΔXG＝[Δe′q Δe′d]T；ΔYG＝[Δiqs Δids ΔTe]T；ΔuG＝[Δuqs Δuds Δuqr Δudr Δωr]T；式中：表示ΔXG对时间的导数，AG、BG、CG、DG表示感应发电机模块的控制系统参数矩阵，ΔXG表示感应发电机模块的状态变量，ΔuG表示感应发电机模块的控制变量，ΔYG表示感应发电机模块的输出变量，Δe′q表示暂态电动势交轴分量，Δe′d表示暂态电动势直轴分量，Δiqs表示定子输出电流交轴分量，Δids表示定制输出电流直轴分量，ΔTe表示电磁转矩，Δuqs表示定子电压交轴分量，Δuds表示定子电压直轴分量，Δuqr表示转子电压交轴分量，Δudr表示转子电压直轴分量，T0′表示暂态时间常数，X′表示暂态电抗，Xrr表示转子和励磁绕组电抗之和，Z′表示暂态阻抗，Xm表示励磁绕组电抗，sr0表示转差率初值，ωb表示系统基准频率，ωs表示转差频率，Rs表示定子电阻，e′d0表示暂态电动势初值直轴分量，e′q0表示暂态电动势初值交轴分量，uqs0表示转子电压初值交轴分量，uds0表示转子电压初值直轴分量；所述变流器直流侧模块以转子电压ΔUr、转子输出电流ΔIr、网侧变流器电压ΔUg和网侧变流器输出电流ΔIg为输入变量，以电容两端直流电压ΔVDC为输出变量，状态方程如公式(3)所示：其中，ΔXDC＝ΔYDC＝[ΔVDC]T；ΔuDC＝[Δuqg,Δudg,Δiqg,Δidg,Δuqr,Δudr,Δiqr,Δidr]T；ADC＝01×1，CDC＝I1×1，DDC＝01×8；式中：表示ΔXDC对时间的导数，ADC、BDC、CDC、DDC表示变流器直流侧模块控制参数矩阵，ΔXDC表示变流器直流侧模块状态变量，ΔuDC表示变流器直流侧模块控制变量，ΔYDC表示变流器直流侧模块输出变量，ΔVDC表示电容两端直流电压，[·]T表示转置运算，Δuqg表示网侧变流器电压交轴分量，Δudg表示网侧变流器电压直轴分量，Δiqg表示网侧变流器输出电流交轴分量，Δidg表示网侧变流器输出电流直轴分量，Δuqr表示转子电压交轴分量，Δudr表示转子电压直轴分量，Δiqr表示转子输出电流交轴分量，Δidr表示转子输出电流直轴分量，01×1表示0，iqg表示网侧变流器输出电流交轴分量，idg表示网侧变流器输出电流直轴分量，uqg表示网侧变流器电压交轴分量，udg表示网侧变流器电压直轴分量，iqr表示转子输出电流交轴分量，idr表示转子输出电流直轴分量，uqr表示转子电压交轴分量，udr表示转子电压直轴分量，I1×1表示1，01×8表示1乘8的零矩阵；所述网侧控制器模块以直流电压ΔVDC、直流电压参考值ΔVDC_ref、网侧变流器输出电流参考值Δiqg_ref和网侧变流器输出电流ΔIg为输入变量，以网侧变流器电压ΔUg为输出变量，下标GSI表示网侧，状态方程如公式(4)所示：其中，ΔXGSI＝[Δx5,Δx6,Δx7]T；ΔYGSI＝[Δudg,Δuqg]T；ΔuGSI＝[ΔVDC_ref,ΔVDC,Δiqg_ref,Δidg,Δiqg]T；式中：表示ΔXGSI对时间的导数，AGSI、BGSI、CGSI、DGSI表示网侧控制器模块控制系统参数矩阵，ΔXGSI表示网侧控制器模块状态变量，ΔuGSI表示网侧控制器模块控制变量，ΔYGSI表示网侧控制器模块输出变量，Δx5、Δx6、Δx7表示相关控制变量，Δudg表示网侧变流器电压直轴分量，Δuqg表示网侧变流器电压交轴分量，Δidg表示网侧变流器输出电流直轴分量，kidg、kpdg、Kig、Kpg、Kpdg、Kig表示相关PI控制器的PI控制参数；所述变流器出口电感和变压器模块以Δu为输入变量，以网侧变流器输出电流ΔIg为输出变量，状态方程如公式(5)所示：其中，ΔXRL＝ΔYRL＝[ΔIgx,ΔIgy]T；ΔuRL＝[Δux,Δuy]T；DRL＝02×2；式中：表示ΔXRL对时间的导数，ARL、BRL、CRL、DRL表示变流器出口电感和变压器模块控制系统控制参数矩，ΔXRL表示变流器出口电感和变压器模块状态变量，ΔuRL表示变流器出口电感和变压器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立基于双馈风电机组连接至无穷大电网系统的小信号模型；步骤2：通过对小信号模型进行特征值分析，获得特征值的分布情况；步骤3：基于变流器PI参数的变化对次同步控制相互作用所对应特征值的影响，从而选取对次同步控制相互作用抑制效果最佳的变流器PI参数范围。

【技术特征摘要】
1.一种双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立基于双馈风电机组连接至无穷大电网系统的小信号模型；步骤2：通过对小信号模型进行特征值分析，获得特征值的分布情况；步骤3：基于变流器PI参数的变化对次同步控制相互作用所对应特征值的影响，从而选取对次同步控制相互作用抑制效果最佳的变流器PI参数范围。2.根据权利要求1所述的双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法，其特征在于，所述小信号模型包括：轴系模块、感应电机模块、转子侧控制器、变流器直流侧模块、网侧控制器模块、变流器出口电感和变压器模块、并联补偿电容模块以及输电线路模块；其中，转子侧控制器采用基于定子磁链定向的矢量控制，控制DFIG的有功功率和机端电压。3.根据权利要求2所述的双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法，其特征在于，所述轴系模块以风机桨叶转矩ΔTω和发电机电磁转矩ΔTe作为输入变量，以高速轴角速度，即发电机角速度Δωr为输出变量，状态方程如公式(1)所示： Δ X · M = A M ΔX M + B M Δu M ΔY M = C M ΔX M + D M Δu M - - - ( 1 ) ]]>其中，ΔXM＝[Δθ1 Δθ2 Δθ3 Δω1 Δω2 Δω3]T；ΔYM＝[Δθ3 Δω3]T，ΔuM＝[ΔTw ΔTe]T；式中：表示ΔXM对时间的倒数，AM、BM、CM和DM表示轴系模块的控制系统参数矩阵，ΔXM表示轴系模块的状态变量，ΔuM表示轴系模块的控制变量，ΔYM表示轴系模块的输出变量，Δθ1、Δθ2、Δθ3分别表示轴系模块三个质量块的机械旋转角微增量，Δω1、Δω2、Δω3分别表示三个质量块的角速度微增量；所述感应发电机模块以发电机角速度Δωr、定子电压ΔUs和转子电压ΔUr作为输入变量，以发电机电磁转矩ΔTe、定子输出电流ΔIs和转子输出电流ΔIr为输出变量，状态方程如式(2)所示： Δ X · G = A G ΔX G + B G Δu G ΔY G = C G ΔX G + D G Δu G - - - ( 2 ) ]]>其中，ΔXG＝[Δe′q Δe′d]T；ΔYG＝[Δiqs Δids ΔTe]T；ΔuG＝[Δuqs Δuds Δuqr Δudr Δωr]T； A G = - 1 T 0 ′ ( 1 + ω s X ′ X m 2 X r r | Z ′ | 2 ) - s r 0 ω b ω s - ω s R s X m 2 T 0 ′ X r r | Z ′ | 2 s r 0 ω b ω s + ω s R s X m 2 T 0 ′ X r r | Z ′ | 2 - 1 T 0 ′ ( 1 + ω s X ′ X m 2 X r r | Z ′ | 2 ) ; ]]> B G = ω s X ′ X m 2 T 0 ′ X r r | Z ′ | 2 ω s R s X m 2 T 0 ′ X r r | Z ′ | 2 0 ω b ω s X m X r r ω b ω s e d 0 ′ - ω s R s X m 2 T 0 ′ X r r | Z ′ | 2 ω s X ′ X m 2 T 0 ′ X r r | Z ′ | 2 - ω b ω s X m X r r 0 - ω b ω s e q 0 ′ ; ]]> C G = - R s | Z ′ | 2 X ′ | Z ′ | 2 - X | Z ′ | 2 - R s | Z ′ | 2 - 2 R s e q 0 ′ + R s u q s 0 - X ′ u d s 0 - 2 R s e d 0 ′ + X ′ u q s 0 + R s u d s 0 ; ]]> D G = R s | Z ′ | 2 - X ′ | Z ′ | 2 0 0 0 X ′ | Z ′ | 2 R s | Z ′ | 2 0 0 0 X ′ e d 0 ′ + R s e q 0 ′ R s e d 0 ′ - X ′ e q 0 ′ 0 0 0 ; ]]>式中：表示ΔXG对时间的导数，AG、BG、CG、DG表示感应发电机模块的控制系统参数矩阵，ΔXG表示感应发电机模块的状态变量，ΔuG表示感应发电机模块的控制变量，ΔYG表示感应发电机模块的输出变量，Δe′q表示暂态电动势交轴分量，Δe′d表示暂态电动势直轴分量，Δiqs表示定子输出电流交轴分量，Δids表示定制输出电流直轴分量，ΔTe表示电磁转矩，Δuqs表示定子电压交轴分量，Δuds表示定子电压直轴分量，Δuqr表示转子电压交轴分量，Δudr表示转子电压直轴分量，T0′表示暂态时间常数，X′表示暂态电抗，Xrr表示转子和励磁绕组电抗之和，Z′表示暂态阻抗，Xm表示励磁绕组电抗，sr0表示转差率初值，ωb表示系统基准频率，ωs表示转差频率，Rs表示定子电阻，e′d0表示暂态电动势初值直轴分量，e′q0表示暂态电动势初值交轴分量，uqs0表示转子电压初值交轴分量，uds0表示转子电压初值直轴分量；所述变流器直流侧模块以转子电压ΔUr、转子输出电流ΔIr、网侧变流器电压ΔUg和网侧变流器输出电流ΔIg为输入变量，以电容两端直流电压ΔVDC为输出变量，状态方程如公式(3)所示： Δ X · D C = A D C ΔX D C + B D C Δu D C ΔY D C = C D C ΔX ...

【专利技术属性】
技术研发人员：解大，张延迟，喻松涛，楚皓翔，孙俊博，鲁玉普，赵祖熠，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31