用于确定风机与电网谐振的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了用于确定风机与电网谐振的方法和系统。其中，用于确定风机与电网谐振的方法包括：将不同频率的多个谐波电压分别叠加到风机并网点处的基波电压上；获得风机分别响应于不同频率的多个谐波电压的多个谐波电流；基于多个谐波电压和多个谐波电流确定风机在各频率处的阻抗的幅值和相位角；基于所确定的各频率处的阻抗的幅值和相位角判断风机与电网是否存在谐振。根据本发明专利技术的实施例，如果发现风机在某一谐波频率下与电网发生谐振，则通过调整风机参数来消除该频率处的谐振，从而确保系统的安全运行。

Method and system for determining fan and grid resonance

The invention provides a method and a system for determining the resonance of a fan and a power grid. Among them, for including the determination of blower and power: a plurality of resonant harmonic voltages of different frequencies are added to the fundamental voltage point of the fan; a plurality of harmonic current multiple harmonic voltage gain fan are respectively in response to different frequencies; based on a plurality of harmonic voltage and harmonic current multiple to determine the amplitude and phase of the impedance at each frequency of the fan in the corner; the amplitude and phase of the impedance at each frequency determined by the angle of the fan and judge whether the resonance based on grid. According to the embodiment of the invention, if the fan is found to resonate with the power grid at a certain harmonic frequency, the resonance at the frequency can be eliminated by adjusting the fan parameter, thereby ensuring the safe operation of the system.

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及风力发电领域，更具体地，涉及用于确定风机与电网谐振的方法和系统。
技术介绍
随着能源与环境问题的日益突出，世界各国正在把更多目光投向可再生能源。风能是可再生能源的重要类别，由于其蕴藏量大、可再生、分布广、无污染的特性，成为全球普遍欢迎的清洁能源。风力发电作为目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式，受到世界各国越来越多的重视。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约十亿千瓦。随着国家不断加大对清洁能源的开发支持力度，中国风电行业实现了突飞猛进的发展，中国风电并网容量迅速跃居世界第一。高速的发展带来了大量技术问题的爆发，大容量风电场能否安全并网成为主要关注问题，而风电场的谐波与谐振问题则直接影响到并网的电能质量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于确定风机与电网谐振的方法及系统，能够通过在风机并网点处叠加谐波电压来获得风机在各频率谐波电压下的阻抗。由于电网在各谐波频率下的阻抗是已知的，据此可以确定风机与电网在所关注的谐波频率范围内是否存在谐振。本专利技术的第一方面提供一种用于确定风机与电网谐振的方法，包括：将不同频率的多个谐波电压分别叠加到风机并网点处的基波电压上；获得风机分别响应于不同频率的多个谐波电压的多个谐波电流；基于多个谐波电压和多个谐波电流确定风机在各频率处的阻抗的幅值和相位角；基于所确定的各频率处的阻抗的幅值和相位角判断风机与电网是否存在谐振。本专利技术的第二方面提供一种用于确定风机与电网谐振的系统，包括：谐波生成模块，将不同频率的多个谐波电压分别叠加到风机并网点处的基波电压上；电流获得模块，获得风机分别响应于不同频率的多个谐波电压的多个谐波电流；阻抗确定模块，基于多个谐波电压和多个谐波电流确定风机在各频率处的阻抗的幅值和相位角；谐振判定模块，基于所确定的各频率处的阻抗的幅值和相位角判断风机与电网是否存在谐振。根据本专利技术的实施例，当确定风机与电网在所关注的谐波频率范围内存在谐振的情况下，可以通过调整风机的参数来改变风机的阻抗特性，从而消除风机与电网的谐振。附图说明图1示出风机与电网构成的系统的示意架构图；图2示出根据本专利技术的实施例的用于确定风机与电网谐振的方法的流程图；图3a示出根据本专利技术的实施例的风机与电网的阻抗特性曲线；图3b示出根据本专利技术的另一实施例的风机与电网的阻抗特性曲线；图4示出根据本专利技术的实施例的用于确定风机与电网谐振的系统的框图；图5是示出能够实现根据本专利技术实施例的用于确定风机与电网谐振的方法和系统的计算设备的示例性硬件架构的结构图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本专利技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术的更好的理解。本专利技术决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本专利技术造成不必要的模糊。配电系统中具有非线性特性的电气设备会引发谐波，使电网受到污染，造成电网功率损耗增加、线路和设备过热等问题。更严重的情况是风机与电网可能在某一谐波频率附近发生谐振，这会加重谐波畸变，最终可能导致设备烧毁、电网断电等后果。因此，消除谐振具有非常重要的意义。图1是风机与电网构成的系统的示意框图100。如图1中所示，系统100包括风机群集101和电网102，其中风机群集包括多个风机101-1、101-2、……、101-n。在该系统中，电网的阻抗特性是已知的，通常可以从电网公司获得。而风机群集的阻抗特性受许多因素的影响，例如，单个风机的参数、风机集群中风机的数量等。在多台风机集中并网的情况下，在公共连接点电网的阻抗将很大程度上影响风机的并网特性。在一些地区电网与风机的短路比已经接近3左右，电网的阻抗可能和风机阻抗发生谐振。随着这一类地区风电机组装机容量的持续增加，短路比不断减小，这一地区开始出现次同步震荡的问题，导致风电大规模脱网，严重威胁到了系统的安全运行。本专利技术的实施例通过在电路系统100中的风机并网点a处叠加各个频率的谐波电压的方法来获得风机在各个谐波频率下的阻抗(即，风机的阻抗特性)，通过对所获得的风机的阻抗特性与已知的电网的阻抗特性进行比较来确定风机与电网在所关注的频率范围内是否存在谐振。如果发现风机在某一谐波频率下与电网发生谐振，则通过调整风机参数来消除该频率处的谐振，从而确保系统的安全运行。可以在实体的风机上实施如下所述的本专利技术的方法，也可以通过电力系统仿真软件来对系统100中的风机和电网的模型进行仿真实验。在本专利技术的实施例中，为确保仿真软件输出结果和实际风机一致，风机模型的控制系统采用真实风机的控制系统中所用的代码，并充分考虑传输线路的阻尼特性。图2示出根据本专利技术的实施例的用于确定风机与电网发生谐振的方法200的流程图。如图2中所示，方法200包括以下步骤：S201，将不同频率的多个谐波电压分别叠加到风机并网点处的基波电压上；S202，获得风机分别响应于该不同频率的多个谐波电压的多个谐波电流；S203，基于多个谐波电压和多个谐波电流确定风机在各频率处的阻抗的幅值和相位角；S204，基于所确定的各频率处的阻抗的幅值和相位角判断风机与电网是否存在谐振。在步骤S201中，值得注意的是，本专利技术中涉及的电压(包括基波电压、谐波电压等)和电流(包括基波电流、谐波电流等)均是三相的。谐波电压的幅值可以是基波电压的幅值的5％-10％，因为小于5％时会导致FFT变换得出的结果与实际结果的误差较大，而大于10％会导致风机不能运行。例如，谐波电压的幅值可以是基波电压幅值的8％。在一些实施例中，上述不同频率是从第一阈值频率到第二阈值频率的步长为预定值的多个频率，其中，第一阈值频率和第二阈值频率限定所需要的风机阻抗特性的频率范围。考虑到风电机组装机容量较大的地区在23Hz和77Hz发生过电网波动，本专利技术主要关注5-200Hz范围内的谐波。当然，本专利技术所采用的方法200可以用于获得任意谐波频率范围内风机的阻抗特性。为了获得需要频率范围内的谐波阻抗，需要分别叠加不同频率的多个谐波电压并进行多次重复测量。可根据需要设定谐波电压的频率步长。一般地，较大的测量步长可以缩短测量时间，但测量精度相对较低；较小的测量步长会导致测量时间较长，但会得到较为准确的测量结果。选定频率步长后，则从低到高，按照步长依次叠加谐波电压。通过测量和记录相关实验数据来计算风机阻抗，这将在下文进一步描述。在步骤S202中，在一些实施例中，获得风机分别响应于不同频率的多个谐波电压的多个谐波电流包括：针对每个频率的谐波电压，对风机的电流进行采样，其中该电流是响应于基波电压的基波电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定风机与电网谐振的方法，其特征在于，包括：将不同频率的多个谐波电压分别叠加到风机并网点处的基波电压上；获得所述风机分别响应于所述不同频率的多个谐波电压的多个谐波电流；基于所述多个谐波电压和所述多个谐波电流确定所述风机在各频率处的阻抗的幅值和相位角；基于所确定的各频率处的阻抗的幅值和相位角判断所述风机与所述电网是否存在谐振。

【技术特征摘要】
1.一种用于确定风机与电网谐振的方法，其特征在于，包括：将不同频率的多个谐波电压分别叠加到风机并网点处的基波电压上；获得所述风机分别响应于所述不同频率的多个谐波电压的多个谐波电流；基于所述多个谐波电压和所述多个谐波电流确定所述风机在各频率处的阻抗的幅值和相位角；基于所确定的各频率处的阻抗的幅值和相位角判断所述风机与所述电网是否存在谐振。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在存在谐振的情况下，通过调整所述风机的参数来改变所述风机的阻抗特性，从而消除风机与电网的谐振。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐波电压的幅值是所述基波电压的幅值的5％-10％。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同频率是从第一阈值频率到第二阈值频率的步长为预定值的多个频率。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一阈值频率为5Hz，所述第二阈值频率为200Hz。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述风机分别响应于所述不同频率的多个谐波电压的多个谐波电流包括：针对每个频率的谐波电压，对所述风机的电流进行采样，其中所述电流是响应于所述基波电压的基波电流和响应于所述频率的谐波电压的谐波电流之和；将所采样的电流进行快速傅里叶变换以得到所述风机响应于所述频率的谐波电压的谐波电流。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述采样在所述电流进入稳态后进行，并且所采样的电流为预定时间段内采样的电流。8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述风机的参数包括风机的控制参数和风机的运行参数。9.一种用于确定风机与电网谐振的系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲胜，乔元，王海龙，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11