一种UPFC对异步风力发电机系统次同步谐振的抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种UPFC对异步风力发电机系统次同步谐振的抑制方法，以监测流过UPFC的电流，通过反馈环节来调节电流控制相应的无功功率，调整机端电压到正常水平，使得发电机中产生一定的阻尼转矩，抑制次同步谐振，同时，UPFC串联侧通过改变串联侧电压，从而改变线路的无功功率，利用线路的无功功率的变化影响异步风力发电机系统中的无功电流，在电磁暂态条件下，机械转矩视为恒定，感性电流的增加使得异步发电机的转子转速升高，产生次同步频率下的阻尼转矩，抑制次同步谐振。本发明专利技术在增强风电场系统稳定性的同时还能增加系统中的次同步阻尼，同时还能抑制风力发电机的次同步谐振。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种UPFC对异步风力发电机系统次同步谐振的抑制方法。
技术介绍
近几年来，风力发电在全世界都得到了快速发展，百万级大规模风电场开始逐步建成。但是大型风电场一般都处于比较偏僻的地方，往往远离负荷中心，长距离输电将不可避免。为了减少线路损耗，提高传输容量并改善系统稳定性，串联补偿装置被用于长距离输电线路中。串联补偿装置在有效增加功率传输容量的同时也可能引起次同步谐振现象。风力机是由叶片、轮毅、低速轴、高速轴、齿轮箱等刚性部分组成，当系统发生扰动时，线路中的串联补偿装置可能会引起风力发电机组的次同步谐振，导致风电场的停运，甚至是风力发电机组的损毁，造成系统不稳定。目前，基于鼠笼式异步发电机的风力发电机，由于其制造简单、技术成熟、运行可靠、性价比高，被广泛运用于实际风电场中。异步风力发电机在发出有功功率的同时要从系统吸收一定的无功功率，所以需要配备一定的无功补偿装置。统一潮流控制器(UPFC)作为灵活交流输电系统(FACTS)家族中功能最强大的装置，具有较强的灵活性和较好的可控性，动态响应快速，有调节系统电压、有功、无功的功能，还能提高暂态稳定性，阻尼系统中的振荡。基于UPFC的强大功能，将其运用于风电场中，不仅能很好地调节风电场的电压，对风电场进行无功补偿，提高系统稳定性，还能很好地抑制风电场的次同步谐振现象。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种UPFC对异步风力发电机系统次同步谐振的抑制方法，以监测流过UPFC的电流，通过反馈环节来调节电流控制相应的无功功率，调整机端电压到正常水平，使得发电机中产生一定的阻尼转矩，抑制次同步谐振。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种UPFC对异步风力发电机系统次同步谐振的抑制方法，包括以下步骤：步骤一、建立UPFC的电路模型；步骤二、对UPFC的并联侧与串联侧进行优化建模；步骤三、将UPFC用于风电并网中，UPFC并联侧监测流过UPFC的电流，通过反馈模块来调节并联侧的电流控制相应的无功功率，调整风力机机端电压到正常水平，使得风力机中产生设定的阻尼转矩，抑制次同步谐振；UPFC串联侧通过改变串联侧电压，从而改变线路的无功功率，利用线路的无功功率的变化影响异步风力发电机系统中的无功电流，在电磁暂态条件下，机械转矩视为恒定，感性电流的增加使得异步发电机的转子转速升高，产生次同步频率下的阻尼转矩，抑制次同步谐振。进一步地，所述UPFC的电路模型包括：母线、背靠背的第一换流器和第二换流器、并联在第一换流器和第一换流器之间的直流电容、第一变压器和第二变压器，所述第一变压器、第一换流器、第二换流器串联后并联在母线上，第一变压器的两侧分别与UPFC的并联侧接入点和第一换流器相连；所述第二变压器的二次侧串联在母线上，输出UPFC串联侧出口母线电压，其一次侧与第二换流器相连。进一步地，所述步骤二中，对并联侧进行优化建模，具体为：I·sh=Ishd+jIshq=V1-VshdXsh+jVshqXsh]]>Psh+jQsh＝V1(Ishd-jIshq)其中：为并联侧电流；Ishd、Ishq分别为经过dq变换的并联侧电流幅值；Vshd、Vshq分别为经过dq变换的第一换流器交流侧电压幅值；Xsh为并联侧第一变压器阻抗；V1为并联侧接入点电压幅值；Psh和Qsh分别为异步风力发电机系统向UPFC并联侧注人的有功功率和无功功率；对串联侧进行优化建模，具体为：PR=(V1-Vsed)VRq+VRdVseqXR]]>QR=V12+Vse2-(2V1-VRd)Vsed-V1VRd+VRdVseqXR]]>其中：PR和QR分别为线路的有功功率和无功功率；Vse为第二换流器交流侧的电压幅值；Vsed、Vseq分别为经过dq变换第二换流器交流侧的电压幅值；V1为并联侧接入点电压幅值；VRd、VRq分别经过dq变换的异步风力发电机系统受端电压幅值；XR为线路阻抗。进一步地，所述步骤三具体为：3.1监测流过UPFC的并联侧电流通过反馈模块来调节电流从而控制Vshq和Vshd的大小，以控制UPFC并联侧输出相应的无功功率，利用UPFC并联侧向异步风力发电机系统注入的无功功率的变化引起风力机中流过的电流的变化，使得风力机中产生设定的阻尼转矩，抑制次同步谐振；3.2改变串联侧的Vse去影响V1的大小，从而影响线路中有功、无功的大小，增加注入的次同步频率下的抑制电流，利用线路无功功率的变化影响异步风力发电机系统中的无功电流，在电磁暂态条件下，机械转矩视为恒定，感性电流的增加使得异步发电机的转子转速升高，产生次同步频率下的阻尼转矩。进一步地，所述反馈模块具体为：将并联侧电流进行dq分解得到Ishd与Ishq，将二者分别与Ishd与Ishq的额定电流Ishpref、Ishqref相比较经PI调节得到电压值Vdd与Vqq跟并联侧接入点电压V1的dq变换电压Vd、Vq相比较，再经PI调节得到Vshq和Vshd，利用控制Vshq和Vshd的大小来控制UPFC并联侧输出相应的无功功率，调整风力机机端注入无功功率的变化引起风力机中流过的电流的变化，使得风力机中产生设定的阻尼转矩，抑制次同步谐振。进一步地，所述得到串联侧的Vse具体为：将扭振模式分量的转速偏差Δω和电压增量ΔV作为输入信号，利用转速/功率转换模块和电压/无功模块将它们分别转化为有功功率P与无功功率Q，将线路有功、无功功率的额定值PRref、QRref与线路有功功率PR、线路无功功率QR、有功功率P、无功功率Q进行比较之后输入到第一PI运算模块，所得输出量Vd、Vq分别与并联侧接入点额定电压Vqref、Vdref相比较后送入到第二PI运算模块，分别得到Vseq和Vsed，使得发生次同步谐振时，能够及时调节线路无功功率QR和接入点电压V1。进一步地，所述改变串联侧的Vse去影响V1的大小具体为：V·1=V·se+V·2]]>其中：为并联侧接入点电压；为第二换流器交流侧的电压；为串联侧出口母线电压。本专利技术的有益效果：本专利技术根据UPFC和异步风力发电机的数学模型，改进了UPFC的控制策略，以IEEE第一标准模型为基础，加入异步风力发电机和UPFC的详细模型，在PSCAD/EMTDC上进行时域仿真，验证了UPFC及对异步风力发电系统的次同步谐振的抑制作用。以监测流过UPFC的电流，通过反馈环节来调节电流控制相应的无功功率，调整机端电压到正常水平，使得发电机中产生一定的阻尼转矩，抑制次同步谐振，同时，UPFC串联侧通过改变串联侧电压，从而改变线路的无功功率，利用线路的无功功率的变化影响异步风力发电机系统中的无功电流，在电磁暂态条件下，机械转矩视为恒定，感性电流的增加使得异步发电机的转子转速升高，产生次同步频率下的阻尼转矩，抑制次同步谐振。附图说明图1示出了本专利技术方法的具体流程图。图2异步风电机组轴系统模型。图3UPFC结构图。图4UPFC并联侧控制框图。图5UPFC串联侧控制图。图6含UPFC的风电场仿真系统。图7不加UPFC时的机械转矩。图8加入UPFC控制时的机械转矩。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种UPFC对异步风力发电机系统次同步谐振的抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立UPFC的电路模型；步骤二、对UPFC的并联侧与串联侧进行优化建模；步骤三、将UPFC用于风电并网中，UPFC并联侧监测流过UPFC的电流，通过反馈模块来调节并联侧的电流控制相应的无功功率，调整风力机机端电压到正常水平，使得风力机中产生设定的阻尼转矩，抑制次同步谐振；UPFC串联侧通过改变串联侧电压，从而改变线路的无功功率，利用线路的无功功率的变化影响异步风力发电机系统中的无功电流，在电磁暂态条件下，机械转矩视为恒定，感性电流的增加使得异步发电机的转子转速升高，产生次同步频率下的阻尼转矩，抑制次同步谐振。

【技术特征摘要】
1.一种UPFC对异步风力发电机系统次同步谐振的抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立UPFC的电路模型；步骤二、对UPFC的并联侧与串联侧进行优化建模；步骤三、将UPFC用于风电并网中，UPFC并联侧监测流过UPFC的电流，通过反馈模块来调节并联侧的电流控制相应的无功功率，调整风力机机端电压到正常水平，使得风力机中产生设定的阻尼转矩，抑制次同步谐振；UPFC串联侧通过改变串联侧电压，从而改变线路的无功功率，利用线路的无功功率的变化影响异步风力发电机系统中的无功电流，在电磁暂态条件下，机械转矩视为恒定，感性电流的增加使得异步发电机的转子转速升高，产生次同步频率下的阻尼转矩，抑制次同步谐振。2.根据权利要求1所述的一种UPFC对异步风力发电机系统次同步谐振的抑制方法，其特征在于：所述UPFC的电路模型包括：母线、背靠背的第一换流器和第二换流器、并联在第一换流器和第一换流器之间的直流电容、第一变压器和第二变压器，所述第一变压器、第一换流器、第二换流器串联后并联在母线上，第一变压器的两侧分别与UPFC的并联侧接入点和第一换流器相连；所述第二变压器的二次侧串联在母线上，输出UPFC串联侧出口母线电压，其一次侧与第二换流器相连。3.根据权利要求2所述的一种UPFC对异步风力发电机系统次同步谐振的抑制方法，其特征在于：所述步骤二中，对并联侧进行优化建模，具体为：Psh+jQsh＝V1(Ishd-jIshq)其中：为并联侧电流；Ishd、Ishq分别为经过dq变换的并联侧电流幅值；Vshd、Vshq分别为经过dq变换的第一换流器交流侧电压幅值；Xsh为并联侧第一变压器阻抗；V1为并联侧接入点电压幅值；Psh和Qsh分别为异步风力发电机系统向UPFC并联侧注人的有功功率和无功功率；对串联侧进行优化建模，具体为：其中：PR和QR分别为线路的有功功率和无功功率；Vse为第二换流器交流侧的电压幅值；Vsed、Vseq分别为经过dq变换第二换流器交流侧的电压幅值；V1为并联侧接入点电压幅值；VRd、VRq分别经过dq变换的异步风力发电机系统受端电压幅值；XR为线路阻抗。4.根据权利要求3所述的一种UPFC对异步风力发电机系统次同步谐振的抑制方法，其特征在于：所述步骤三具体为：3.1监测流过UPFC的并联侧电流通过反馈模块来调节电流从而控制Vshq和Vshd的大小，以控制UPFC并联侧输出相应的无功功率，利用UPFC并联侧向异步风力发电机系统注入的无功功率的变化引起风力机中流过的电流的变化，使得风力机中产生设定的阻尼转矩，抑制次同步谐振；3.2改变串联侧的Vse去影响V...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蒙，陆文伟，陆文涛，顾佳易，马寿虎，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32