一种针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法及系统。该方法包括：获取对风电并网系统中的间谐波进行实时监测所得到的间谐波电流，得到间谐波电流向量；以间谐波电流向量为输入计算振荡传播因子；判断振荡传播因子是否大于预设阈值，得到判断结果；当判断结果表示大于时，确定次同步振荡传播到待测发电机，将引起次同步振荡的风机从风电并网系统中切除；当判断结果表示小于或等于时，确定次同步振荡仅在风机组范围内传播，调整风机组的运行参数抑制间谐波。本发明专利技术的针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法及系统，能够对次同步振荡进行监测并在次同步振荡发生时保证风电并网系统的安全运行。

【技术实现步骤摘要】
一种针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法及系统
本专利技术涉及电网安全运行领域，特别是涉及一种针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法及系统。
技术介绍
风电，光伏等新能源电源已经成为电力系统中的重要组成部分。随着新能源比例的不断提高，由于新能源接入而导致的电力系统稳定性问题得到了广泛的关注。风能是新能源发电的最佳解决方案之一。目前双馈感应风力发电机和直驱永磁风机为风电场中的主流机型。为了提高风电并网电力系统的稳定性和可靠性，有必要对含风电电力系统中的次同步振荡现象进行更深入的研究。双馈风机(DoublyFedInductionGenerator,DFIG)转子侧和网侧变流器中含有大功率电力电子器件，在风速的随机变化引起双馈风力发电机转子励磁电流的频率变化时，转换或调节过程中由于开关效应，转子电流频率与电网频率共同作用会导致DFIG电流中存在次同步频率的间谐波。间谐波电流注入到电网后，会引起电压、电流和功率的振荡，引发各种故障以及电力系统的不稳定。次同步振荡在电力网络中的振荡幅值大，持续时间长，可能损害电力设备甚至危害电力系统的安全稳定运行。如何对次同步振荡进行监测并在次同步振荡发生时保证风电并网系统的安全运行成为目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法及系统，对次同步振荡进行监测并在次同步振荡发生时保证风电并网系统的安全运行。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法，包括：获取对风电并网系统中的间谐波进行实时监测所得到的间谐波电流，得到间谐波电流向量；利用公式计算振荡传播因子；ki(s)为待测发电机的输出向量中第i个元素所对应的振荡传播因子；|Δyi|为待测发电机的输出向量中第i个元素的幅值，Δuj为间谐波电流向量的第j个元素；||Δu||2为间谐波电流向量的二范数；Wij(s)为间谐波电流向量的第j个元素到待测发电机的输出向量中第i个元素的正弦响应；判断所述振荡传播因子是否大于预设阈值，得到判断结果；当所述判断结果表示大于时，确定次同步振荡传播到所述待测发电机，将引起次同步振荡的风机从所述风电并网系统中切除；当所述判断结果表示小于或等于时，确定次同步振荡仅在风机组范围内传播，调整风机组的运行参数抑制所述间谐波。可选的，所述间谐波电流向量的第j个元素到待测发电机的输出向量中第i个元素的正弦响应的确定方法为：建立双馈风机的动态模型；将所述双馈风机的动态模型线性化，得到风电系统小干扰模型；对所述风电系统小干扰模型进行拉氏变换，并设定初始条件为零，得到待测发电机的输出向量与间谐波电流向量之间的矩阵传递函数，其中Wij(s)为所述矩阵传递函数中的元素。可选的，所述建立双馈风机的动态模型，具体包括：构建异步发电机的动态模型其中，E′d为定子暂态电势的d轴分量，Udr为转子绕组电压的d轴分量，E′q为定子暂态电势的q轴分量、Uqr为转子绕组电压的q轴分量；Ids和Iqs分别为定子绕组电流的d轴、q轴分量，s为转差率，Rr为转子绕组电阻，Xm为激磁电抗，Xrr为转子电抗，Xrr＝Xm+Xr，其中Xr为转子漏抗，TJ为电机惯性时间常数，Pe为电磁功率，Pm为机械功率，D为阻尼系数，s0为稳态时的转差率，ω0为同步角频率；考虑直流电压动态特性，构建中间电容器的动态模型其中，Pr为转子侧变流器输出到中间电容器的有功功率，Pr3为网侧变流器输出到交流侧的有功功率；C为中间电容器的电容值，Udc为电容器的直流电压；构建滤波电抗的模型其中，Idr3为网侧变流器交流侧电流的d轴分量，Ud1为网侧变流器交流侧电压的d轴分量，Iqr3为网侧变流器交流侧电流的q轴分量，Uq1为网侧变流器交流侧电压的q轴分量，Xr3为滤波电抗值；Uds和Uqs分别为定子电压d轴和q轴分量；构建转子侧变流器的动态模型其中，x1、x2、x3和x4为引入的状态变量，Ki1、Ki2、Ki3和Ki4为相应PI控制器的积分系数，Ps和Qs分别为定子输出的有功功率和无功功率，Idr和Iqr分别为转子绕组电流的d轴、q轴分量；Ps*和Qs*分别为定子输出的有功功率参考值和无功功率参考值，和分别为转子绕组电流的d轴分量参考值和q轴分量参考值；构建网侧变流器的动态模型其中，x5、x6和x7为引入的状态变量，Ki5、Ki6和Ki7相应PI控制器的积分系数；为电容器的直流电压参考值，为网侧变流器交流侧电流的d轴分量参考值，为网侧变流器交流侧电流的q轴分量参考值。可选的，所述将所述双馈风机的动态模型线性化，得到风电系统小干扰模型，具体包括：对所述异步发电机的动态模型、所述中间电容器的动态模型、所述滤波电抗的模型、所述转子侧变流器的动态模型和网侧变流器的动态模型进行线性化，得到双馈风机的小干扰模型ΔIW＝CWΔXW+DWΔUW其中ΔXW＝[ΔE′d,ΔE′q,Δs,ΔUdc,ΔIdr3,ΔIqr3,Δx1,Δx2,Δx3,Δx4,Δx5,Δx6,Δx7]T为双馈风机状态变量，ΔUW＝[ΔUd,ΔUq]T为双馈风机接入节点电压，ΔIW＝[ΔId,ΔIq]T为双馈风机接入节点注入电流；ΔUd和ΔUq分别为双馈风机接入母线电压的d轴和q轴分量；ΔId和ΔIq分别为双馈风机接入母线注入电流的d轴和q轴分量；AW、BW、CW和DW分别为双馈风机模型的状态矩阵、控制矩阵、输出矩阵和直接传递阵；线性化后的同步发电机状态方程：ΔIG＝CGΔXG+DGΔUG其中ΔXG为同步发电机状态变量，ΔUG为同步发电机接入节点电压，ΔIG为同步发电机接入节点注入电流；AG、BG、CG和DG分别为同步发电机模型的状态矩阵、控制矩阵、输出矩阵和直接传递阵；考虑负荷的网络方程：ΔI＝YΔUΔI为节点注入电流，Y为考虑负荷的节点导纳矩阵，ΔU为节点电压；将双馈风机的小干扰模型、线性化后的同步发电机状态方程以及考虑负荷的网络方程联立，得到整个系统的小干扰状态空间模型Δy＝CΔX+DΔu其中，ΔX＝[ΔX1,ΔX2…ΔXn]T为n维状态向量，Δu＝[Δu1,Δu2…Δur]T为r维输入向量，Δy＝[Δy1,Δy2…Δym]为m维输出向量，A、B、C和D分别为n×n阶状态矩阵、n×r阶输入矩阵、m×n阶输出矩阵和m×r阶直接传递矩阵。可选的，所述对所述风电系统小干扰模型进行拉氏变换，并设定初始条件为零，得到待测发电机的输出向量与间谐波电流向量之间的矩阵传递函数，具体包括：对整个系统的小干扰状态空间模型进行拉氏变换，并设定初始条件为零，得到ΔX(s)＝(sI-A)-1BΔu(s)Δy(s)＝CΔX(s)+DΔu(s)则输出向量Δy与输入向量Δu之间的矩阵传递函数为：W(s)＝C(sI-A)-1B+DW(s)为m×r阶矩阵传递函数，矩阵元素Wij(s)表示由输入变量第j个元素Δuj到输出向量第i个元素Δyi的正弦响应；对于角频率为ω的输入变量第j个元素Δuj，输出向量第i个元素Δyi的幅值放大倍数为|Wij(jω)|，相移为∠Wij(jω)，Δyi的总响应等于各个输入响应的线性和，即：本专利技术还公开一种针对次同步振荡的风电并网系统安全运行系统，包括：谐波获取模块，用于获取对风电并网系统中的间谐波进行实时监测所得到的间谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法，其特征在于，包括：获取对风电并网系统中的间谐波进行实时监测所得到的间谐波电流，得到间谐波电流向量；利用公式

【技术特征摘要】
1.一种针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法，其特征在于，包括：获取对风电并网系统中的间谐波进行实时监测所得到的间谐波电流，得到间谐波电流向量；利用公式计算振荡传播因子；ki(s)为待测发电机的输出向量中第i个元素所对应的振荡传播因子；|Δyi|为待测发电机的输出向量中第i个元素的幅值，Δuj为间谐波电流向量的第j个元素；||Δu||2为间谐波电流向量的二范数；Wij(s)为间谐波电流向量的第j个元素到待测发电机的输出向量中第i个元素的正弦响应；判断所述振荡传播因子是否大于预设阈值，得到判断结果；当所述判断结果表示大于时，确定次同步振荡传播到所述待测发电机，将引起次同步振荡的风机从所述风电并网系统中切除；当所述判断结果表示小于或等于时，确定次同步振荡仅在风机组范围内传播，调整风机组的运行参数抑制所述间谐波。2.根据权利要求1所述的针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法，其特征在于，所述间谐波电流向量的第j个元素到待测发电机的输出向量中第i个元素的正弦响应的确定方法为：建立双馈风机的动态模型；将所述双馈风机的动态模型线性化，得到风电系统小干扰模型；对所述风电系统小干扰模型进行拉氏变换，并设定初始条件为零，得到待测发电机的输出向量与间谐波电流向量之间的矩阵传递函数，其中Wij(s)为所述矩阵传递函数中的元素。3.根据权利要求2所述的针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法，其特征在于，所述建立双馈风机的动态模型，具体包括：构建异步发电机的动态模型其中，E′d为定子暂态电势的d轴分量，Udr为转子绕组电压的d轴分量，E′q为定子暂态电势的q轴分量、Uqr为转子绕组电压的q轴分量；Ids和Iqs分别为定子绕组电流的d轴、q轴分量，s为转差率，Rr为转子绕组电阻，Xm为激磁电抗，Xrr为转子电抗，Xrr＝Xm+Xr，其中Xr为转子漏抗，TJ为电机惯性时间常数，Pe为电磁功率，Pm为机械功率，D为阻尼系数，s0为稳态时的转差率，ω0为同步角频率；考虑直流电压动态特性，构建中间电容器的动态模型其中，Pr为转子侧变流器输出到中间电容器的有功功率，Pr3为网侧变流器输出到交流侧的有功功率；C为中间电容器的电容值，Udc为电容器的直流电压；构建滤波电抗的模型其中，Idr3为网侧变流器交流侧电流的d轴分量，Ud1为网侧变流器交流侧电压的d轴分量，Iqr3为网侧变流器交流侧电流的q轴分量，Uq1为网侧变流器交流侧电压的q轴分量，Xr3为滤波电抗值；Uds和Uqs分别为定子电压d轴和q轴分量；构建转子侧变流器的动态模型其中，x1、x2、x3和x4为引入的状态变量，Ki1、Ki2、Ki3和Ki4为相应PI控制器的积分系数，Ps和Qs分别为定子输出的有功功率和无功功率，Idr和Iqr分别为转子绕组电流的d轴、q轴分量；Ps*和Qs*分别为定子输出的有功功率参考值和无功功率参考值，和分别为转子绕组电流的d轴分量参考值和q轴分量参考值；构建网侧变流器的动态模型其中，x5、x6和x7为引入的状态变量，Ki5、Ki6和Ki7相应PI控制器的积分系数；为电容器的直流电压参考值，为网侧变流器交流侧电流的d轴分量参考值，为网侧变流器交流侧电流的q轴分量参考值。4.根据权利要求3所述的针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法，其特征在于，所述将所述双馈风机的动态模型线性化，得到风电系统小干扰模型，具体包括：对所述异步发电机的动态模型、所述中间电容器的动态模型、所述滤波电抗的模型、所述转子侧变流器的动态模型和网侧变流器的动态模型进行线性化，得到双馈风机的小干扰模型ΔIW＝CWΔXW+DWΔUW其中ΔXW＝[ΔE′d,ΔE′q,Δs,ΔUdc,ΔIdr3,ΔIqr3,Δx1,Δx2,Δx3,Δx4,Δx5,Δx6,Δx7]T为双馈风机状态变量，ΔUW＝[ΔUd,ΔUq]T为双馈风机接入节点电压，ΔIW＝[ΔId,ΔIq]T为双馈风机接入节点注入电流；ΔUd和ΔUq分别为双馈风机接入母线电压的d轴和q轴分量；ΔId和ΔIq分别为双馈风机接入母线注入电流的d轴和q轴分量；AW、BW、CW和DW分别为双馈风机模型的状态矩阵、控制矩阵、输出矩阵和直接传递阵；线性化后的同步发电机状态方程：ΔIG＝CGΔXG+DGΔUG其中ΔXG为同步发电机状态变量，ΔUG为同步发电机接入节点电压，ΔIG为同步发电机接入节点注入电流；AG、BG、CG和DG分别为同步发电机模型的状态矩阵、控制矩阵、输出矩阵和直接传递阵；考虑负荷的网络方程：ΔI＝YΔUΔI为节点注入电流，Y为考虑负荷的节点导纳矩阵，ΔU为节点电压；将双馈风机的小干扰模型、线性化后的同步发电机状态方程以及考虑负荷的网络方程联立，得到整个系统的小干扰状态空间模型Δy＝CΔX+DΔu其中，ΔX＝[ΔX1,ΔX2…ΔXn]T为n维状态向量，Δu＝[Δu1,Δu2…Δur]T为r维输入向量，Δy＝[Δy1,Δy2…Δym]为m维输出向量，A、B、C和D分别为n×n阶状态矩阵、n×r阶输入矩阵、m×n阶输出矩阵和m×r阶直接传递矩阵。5.根据权利要求4所述的针对次同步振荡的风电并网系统安全运行方法，其特征在于，所述对所述风电系统小干扰模型进行拉氏变换，并设定初始条件为零，得到待测发电机的输出向量与间谐波电流向量之间的矩阵传递函数，具体包括：对整个系统的小干扰状态空间模型进行拉氏变换，并设定初始条件为零，得到ΔX(s)＝(sI-A)-1BΔu(s)Δy(s)＝CΔX(s)+DΔu(s)则输出向量Δy与输入向量Δu之间的矩阵传递函数为：W(s)＝C(sI-A)-1B+DW(s)为m×r阶矩阵传递函数，矩阵元素Wij(s)表示由输入变量第j个元素Δuj到输出向量第i个元素Δyi的正弦响应；对于角频率为ω的输入变量第j个元素Δuj，输出向量第i个元素Δyi的幅值放大倍数为|Wij(jω)|，相移为∠Wij(jω)，Δyi的总响应等于各个输入响应的线性和，即：6.一种针对次同步振荡的风电并网系统安全运行系统，其特征在于，包括：谐波获取模块，用于获取对风电并网系统中的间谐波进行实时监...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，杨京，王增平，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11