基于虚拟电阻的双馈风电场并网系统次同步振荡抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚拟电阻的双馈风电场并网系统次同步振荡抑制方法，包括：根据双馈风电场的运行参数和控制参数以及双馈风电场并网系统的线路结构与参数，建立双馈风电场的阻抗模型；计算转子侧回路的等效负电阻幅值，根据双馈风电场的阻抗模型，确定转子绕组电阻和转子侧变流器等效电阻；根据转子绕组电阻和转子侧变流器等效电阻，得到虚拟电阻控制系数，利用虚拟电阻控制系数调整虚拟电阻的大小。本发明专利技术只需要通过对虚拟电阻控制比例系数进行调节就能够很好地对虚拟电阻的大小进行调节，以抵消转子绕组电阻和转子侧变流器等效电阻，减小转子侧回路的等效负电阻幅值，则可以抑制系统次同步振荡。

Subsynchronous Oscillation Suppression Method for Doubly-fed Wind Farm Grid-connected System Based on Virtual Resistance

The invention discloses a method for suppressing sub-synchronous oscillation of doubly-fed wind farm grid-connected system based on virtual resistance, which includes: establishing the impedance model of doubly-fed wind farm according to the operation and control parameters of doubly-fed wind farm and the line structure and parameters of doubly-fed wind farm grid-connected system; calculating the equivalent negative resistance amplitude of the rotor side circuit, and according to the impedance model of doubly-fed wind farm; The equivalent resistance of rotor winding resistance and rotor side converter is determined. According to the equivalent resistance of rotor winding resistance and rotor side converter, the virtual resistance control coefficient is obtained, and the virtual resistance control coefficient is used to adjust the virtual resistance. By adjusting the proportional coefficient of virtual resistance control, the virtual resistance can be well adjusted to offset the equivalent resistance of the rotor winding resistance and the rotor side converter, reduce the magnitude of the equivalent negative resistance of the rotor side circuit, and suppress the sub-synchronous oscillation of the system.

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟电阻的双馈风电场并网系统次同步振荡抑制方法
本专利技术属于电气工程
，更具体地，涉及一种基于虚拟电阻的双馈风电场并网系统次同步振荡抑制方法。
技术介绍
近年来以风电为主的新能源发电得到了快速发展。在我国以“三北”著称的华北、东北和西北地区蕴藏着我国最丰富的风能资源，为了将“三北”地区的风能得到最大程度的利用，大规模远距离的直流传输成为了有效的解决方式。然而在大规模风电输出时风电场中出现了一系列的次同步振荡问题，这些问题极大地制约我国“三北”地区风能送出的能力。在华北沽源地区的某双馈风电场出现了次同步振荡的事故，风场与串补电网相互作用导致风机出现频率为6～8Hz的次同步振荡，并导致风机大面积脱网，造成了较大的经济损失。分析发现双馈风场的次同步振荡事件都发生在基于感应发电机的风力发电系统中，尤其是双馈风力发电机组与串联电容补偿相连的输电系统中。由于DFIG控制与固定串联电容补偿之间的相互作用，DFIG的风力发电系统中极易出现次同步振荡不稳定现象。为了提高双馈风电场并网稳定性，提高风电场在次同步频段中的阻尼特性，减少并网系统发生次同步振荡的风险，在风电场并网系统中亟需引入一种次同步振荡抑制手段。目前次同步振荡抑制的方法也有不少，有通过检测算法调整风力发电机的运行状态，亦或是串联电容增加旁路滤波器，亦或是使用柔性交流输电装置来辅助控制。上述抑制方法从技术经济性和实现的过程中都存在许多缺陷和问题，如旁路串联电容将会导致输电电气距离增加，进而增加电力传输的损耗。而使用柔性交流输电装置来辅助抑制时，除非为了电网其他功能已经安装了相应装置，否则使用柔性交流输电装置会增加系统控制的复杂性和成本，同时柔性交流输电装置本身也可能会与变流器控制系统产生相互作用导致不稳定性。由此可见，现有次同步振荡抑制技术存在增加电力传输的损耗、增加系统控制的复杂性和成本的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于虚拟电阻的双馈风电场并网系统次同步振荡抑制方法，由此解决现有次同步振荡抑制技术存在增加电力传输的损耗、增加系统控制的复杂性和成本的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于虚拟电阻的双馈风电场并网系统次同步振荡抑制方法，包括：(1)根据双馈风电场的运行参数和控制参数以及双馈风电场并网系统的线路结构与参数，建立双馈风电场的阻抗模型；(2)计算转子侧回路的等效负电阻幅值，根据双馈风电场的阻抗模型，确定转子绕组电阻Rr和转子侧变流器等效电阻RRSC；(3)根据转子绕组电阻Rr和转子侧变流器等效电阻RRSC，得到虚拟电阻控制系数KVR，利用虚拟电阻控制系数KVR调整虚拟电阻的大小，利用虚拟电阻补偿次同步频率下转子侧的负电阻效应，抑制双馈风电场并网系统次同步振荡。进一步地，虚拟电阻控制系数KVR≥Rr+RRSC。进一步地，步骤(1)的具体实现方式为：根据双馈风电场的运行参数和控制参数以及双馈风电场并网系统的线路结构与参数，结合双馈感应发电机的等效阻抗、双馈感应发电机的转子侧变流器阻抗和网侧等效阻抗建立双馈风电场的阻抗模型。进一步地，网侧等效阻抗为考虑双馈感应发电机的网侧变流器输出滤波电感后的网侧等效阻抗。进一步地，转子绕组电阻Rr为：Rr＝R′r/sslip＜0其中，R′r为折算后定子侧的转子电阻，sslip为双馈感应发电机的转差率。进一步地，转子侧变流器等效电阻RRSC为：RRSC＝R′RSC/sslip＜0其中，R′RSC为折算后转子侧变流器等效电阻，sslip为双馈感应发电机的转差率。进一步地，虚拟电阻为-K′VR/sslip，其中，K′VR为折算到定子侧的虚拟电阻控制比例系数，sslip为双馈感应发电机的转差率，Ns和Nr分别为定子绕组匝数和转子绕组匝数。进一步地，双馈感应发电机的转差率为：其中，fp为扰动频率，fm为转子频率。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提出了一种调节方便的次同步抑制手段，由于虚拟电阻的大小与虚拟电阻控制比例系数KVR大小相关，所以只需要通过对虚拟电阻控制比例系数KVR进行调节就能够很好地对虚拟电阻的大小进行调节，以抵消转子绕组电阻Rr和转子侧变流器等效电阻RRSC，减小转子侧回路的等效负电阻幅值，则可以抑制系统次同步振荡。进而在风电场运行在不同工作状态时能够相应调整虚拟电阻大小进而达成最佳的抑制效果。(2)本专利技术利用虚拟电阻补偿次同步频率下转子侧的负电阻效应，等效于在转子侧回路中引入一个虚拟电阻，本专利技术没有增加旁路串联电容，不会导致输电电气距离增加，进而也不会增加电力传输的损耗。同时由于没有使用柔性交流输电装置来辅助抑制，不会增加系统控制的复杂性和成本，同时本专利技术由于引入虚拟电阻以补偿次同步频率下转子侧的负电阻效应，稳定性较好，也可以增加次同步振荡模态的阻尼，起到抑制双馈风电场并网系统次同步振荡的作用，减小系统发生次同步振荡的风险。附图说明图1是本专利技术实施例提供的双馈风电场经串联电容补偿并网仿真系统拓扑结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的双馈风电场经串联电容补偿并网系统的等效电路图；图3是本专利技术实施例提供的双馈风电场转子侧变流器虚拟电阻次同步振荡抑制控制框图；图4是本专利技术实施例引入虚拟电阻附加控制后的双馈风电场并网系统等效电路图；图5(a)是本专利技术实施例提供的双馈风电场经串联电容补偿并网仿真系统在无虚拟电阻控制的系统仿真波形；图5(b)是本专利技术实施例提供的双馈风电场经串联电容补偿并网仿真系统在有虚拟电阻控制的系统仿真波形图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1所示为本专利技术实施例提供的为双馈风电场经串联电容补偿并网仿真系统的简单模型，图中风机额定容量为100MW，Cdc为变流器直流侧滤波电容；Xg和Cf为变流器网侧滤波电抗和电容；XT为变压器电抗；XL，RL和XC分别为外送系统的线路电抗，线路电阻和串补电容的电抗。E表示无穷大电源电压，并网系统(Network)由无穷大电源电压、串补电容、线路电阻、线路电抗和变压器电抗等值构成，双馈风力发电机(DFIG-basedwindturbine)由风力机、变速箱(Gearbox)、双馈感应发电机(DFIG)、背靠背变流器及其风力机功率控制(WTController)、转子侧变流器控制(RSCController)和网侧变流器控制(GSCController)构成。将双馈感应发电机的转子转速ωr作为风力机功率控制的控制输入，输出风机桨叶桨距角参考值β和定子输出功率参考值Psref，利用风机桨叶桨距角参考值β对风力机进行桨距角控制。将定子输出功率参考值Psref和转子侧变流器的输入电流ir输入转子侧变流器控制，输出转子侧变流器的控制电压参考值ur对转子侧变流器进行控制。将网侧变流器的输入电流ig和变流器直流侧直流电压Udc输入网侧变流器控制，输出网侧变流器的控制电压参考值ug对网侧变流器进行控制。为验证本专利技术的技术可行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟电阻的双馈风电场并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括：(1)根据双馈风电场的运行参数和控制参数以及双馈风电场并网系统的线路结构与参数，建立双馈风电场的阻抗模型；(2)计算转子侧回路的等效负电阻幅值，根据双馈风电场的阻抗模型，确定转子绕组电阻Rr和转子侧变流器等效电阻RRSC；(3)根据转子绕组电阻Rr和转子侧变流器等效电阻RRSC，得到虚拟电阻控制系数KVR，利用虚拟电阻控制系数KVR调整虚拟电阻的大小，利用虚拟电阻补偿次同步频率下转子侧的负电阻效应，抑制双馈风电场并网系统次同步振荡。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟电阻的双馈风电场并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括：(1)根据双馈风电场的运行参数和控制参数以及双馈风电场并网系统的线路结构与参数，建立双馈风电场的阻抗模型；(2)计算转子侧回路的等效负电阻幅值，根据双馈风电场的阻抗模型，确定转子绕组电阻Rr和转子侧变流器等效电阻RRSC；(3)根据转子绕组电阻Rr和转子侧变流器等效电阻RRSC，得到虚拟电阻控制系数KVR，利用虚拟电阻控制系数KVR调整虚拟电阻的大小，利用虚拟电阻补偿次同步频率下转子侧的负电阻效应，抑制双馈风电场并网系统次同步振荡。2.如权利要求1所述的一种基于虚拟电阻的双馈风电场并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述虚拟电阻控制系数KVR≥Rr+RRSC。3.如权利要求1或2所述的一种基于虚拟电阻的双馈风电场并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体实现方式为：根据双馈风电场的运行参数和控制参数以及双馈风电场并网系统的线路结构与参数，结合双馈感应发电机的等效阻抗、双馈感应发电机的转子侧变流器阻抗和网侧等效阻抗建立双馈风电场的阻抗模型。4.如权利要求3所述的一种基于虚拟电阻的双馈风电场并网...

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙，刘宇明，黄碧月，陈雅皓，孙海顺，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网湖北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42