抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统、方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统、方法，本发明专利技术的控制方法为基于电流补偿的次同步振荡抑制方法。本发明专利技术可以很好的抑制由于基于虚拟同步发电机的新能源发电厂与串补电网发生串联谐振而引发的次同步振荡，为基于虚拟同步发电机的新能源发电厂串补并网引发的次同步振荡问题提供了解决方案。

【技术实现步骤摘要】
抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统、方法
本专利技术涉及新能源发电
，特别是一种抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统、方法。
技术介绍
随着新能源发电技术的发展，基于电力电子装置的新能源发电厂越来越多。与传统的基于同步发电机的发电厂相比，基于电力电子逆变器的新能源发电厂不能为弱电网提供电压和频率支撑，新能源发电厂在弱电网并网情况下常常会发生振荡失稳。为了使得新能源发电厂更加类似于传统的基于同步发电机的发电厂，虚拟同步发电机的控制方法被提出，采用虚拟同步发电机控制方法的并网逆变器可以为弱电网提供电压和频率支撑，因此，虚拟同步发电机控制策略在新能源发电中的研究越来越多，当前基于虚拟同步发电机控制策略的新能源发电厂也逐步开始投入使用。由于串补传输线路可以减少电能输送过程中的损耗，串补线路也是现代电力系统输电常用方式之一。因此，伴随着虚拟同步发电机技术在新能源发电领域的应用，基于虚拟同步发电机的新能源发电厂经串补并网的情况一定会出现。另外，根据已有的研究，虚拟同步发电机和传统的同步发电机具有类似的阻抗特性，两者均为感性阻抗。由于串补电容的影响，串补传输线路在低频段呈现容性阻抗，且线路串补度越高，线路阻抗的容性范围越大。考虑到基于同步发电机的传统发电厂串补并网在线路串补度较高的情况下会发生次同步振荡问题，基于虚拟同步发电机的新能源发电厂串补并网在串补度较高的情况下也会发生类似的次同步振荡。新能源发电次同步振荡会导致严重的功率损耗和设备损害，故基于虚拟同步发电机的新能源发电厂串补并网次同步振荡问题需要广泛的关注和研究。为了抑制新能源发电系统的次同步振荡，一般采用新能源发电装备控制参数优化和阻抗重构的控制方法，无论是控制器参数优化还是阻抗重构控制均需要修改原有发电装备控制器，考虑到新能源发电装备众多且控制器不对外开放，控制器参数优化和阻抗重构控制法均难以实施，因此，研究附加振荡抑制装置来抑制新能源发电次同步振荡十分必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统、方法，有效抑制新能源发电系统的次同步振荡。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于虚拟同步发电机的新能源发电厂串补并网系统，包括多个虚拟同步发电机；所述多个虚拟同步发电机通过交流总线接变压器；所述变压器经串补输电线路连接电网；所述多个虚拟同步发电机与变压器之间的交流总线上并接有三相补偿器，且所述三相补偿器的直流侧接有超级电容。本专利技术述三相补偿器的直流侧接有超级电容，提高了三相补偿器低频振荡电流的补偿能力。所述串补输电线路包括串联的电阻、电感和电容。结构简单，易实现。为便于控制三相补偿器，本专利技术的三相补偿器与控制器连接。本专利技术还提供了一种基于虚拟同步发电机的新能源发电厂串补并网系统的控制方法，包括以下步骤：1)根据超级电容电压vdc调整PI控制器或PID控制器的参数；2)将所述PI控制器或PID控制器的输出值作为新能源发电厂串补并网系统的有功电流幅值I0，同时测出三相补偿器并网点的电压相位θ，根据有功电流幅值I0和电压相位θ计算出新能源发电厂串补并网系统有功电流{I0*cosθ，I0*cos(θ-2*π/3)，I0*cos(θ+2*π/3)}；3)采集新能源发电厂串补并网系统串补输电线路的电流{iLa，iLb，iLc}，将电流{iLa，iLb，iLc}减去有功电流{I0*cosθ，I0*cos(θ-2*π/3)，I0*cos(θ+2*π/3)}，得到三相补偿器电流内环参考信号{iaref，ibref，icref}；4)采集三相补偿器输出电流{ia，ib，ic}，根据电流内环参考信号{iaref，ibref，icref}和输出电流{ia，ib，ic}，计算三相补偿器调制信号{sa，sb，sc}，实现对直流侧为超级电容的三相补偿器的控制。本专利技术的方法结合了无功补偿和谐波抑制方法，提高了装备利用率，可以同时补偿系统无功和谐波，有效抑制新能源发电系统的次同步振荡。步骤1)中，根据超级电容电压vdc调整PID控制器的参数的具体实现过程包括：当abs(Vdcref-vdc)>Eset0时，三相补偿器以新能源发电厂串补并网系统允许的最大电流对超级电容进行充电或放电；当Eset0>abs(Vdcref-vdc)>Eset1时，PID控制器参数为kp1和ki1；当Eset0>abs(Vdcref-vdc)>Eset1时，PID控制器参数为kp2和ki2；当且仅当abs(Vdcref-vdc)>Eset2时，调整所述PID控制参数；其中，Vdcref为参考电压；Eset0、Eset1均为设定的阈值，且Eset0＞Eset1。通过本专利技术的PID控制器可以进一步改善次同步振荡抑制性能。所述三相补偿器调制信号{sa，sb，sc}的计算公式为：其中，ia_k+1为第k+1次电流采样值，ia_k为第k次电流采样值，va,vb、vc为三相补偿器并网点电压。。计算过程简单，易实现，实用性强。相应地，本专利技术还提供了一种基于虚拟同步发电机的新能源发电厂串补并网系统的控制系统，包括：采集模块，用于采集超级电容电压vdc、新能源发电厂串补并网系统串补输电线路的电流{iLa，iLb，iLc}和三相补偿器输出电流{ia，ib，ic}；控制器，用于根据超级电容电压vdc调整PID控制器的参数；将所述PID控制器的输出值作为新能源发电厂串补并网系统的有功电流幅值I0，同时测出三相补偿器并网点的电压相位θ，根据有功电流幅值I0和电压相位θ计算出新能源发电厂串补并网系统有功电流{I0*cosθ，I0*cos(θ-2*π/3)，I0*cos(θ+2*π/3)}；将电流{iLa，iLb，iLc}减去有功电流{I0*cosθ，I0*cos(θ-2*π/3)，I0*cos(θ+2*π/3)}，得到三相补偿器电流内环参考信号{iaref，ibref，icref}；根据电流内环参考信号{iaref，ibref，icref}和输出电流{ia，ib，ic}，计算三相补偿器调制信号{sa，sb，sc}，实现对直流侧为超级电容的三相补偿器的控制。本专利技术的所述控制器包括：PID参数调节单元，用于根据超级电容电压vdc调整PID控制器的参数；有功电流计算单元，用于将所述PID控制器的输出值作为新能源发电厂串补并网系统的有功电流幅值I0，同时测出三相补偿器并网点的电压相位θ，根据有功电流幅值I0和电压相位θ计算出新能源发电厂串补并网系统有功电流{I0*cosθ，I0*cos(θ-2*π/3)，I0*cos(θ+2*π/3)}；电流内环参考信号计算单元，用于将电流{iLa，iLb，iLc}减去有功电流{I0*cosθ，I0*cos(θ-2*π/3)，I0*cos(θ+2*π/3)}，得到三相补偿器电流内环参考信号{iaref，ibref，icref}；调制信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统，包括多个虚拟同步发电机；所述多个虚拟同步发电机通过交流总线接变压器；所述变压器经串补输电线路连接电网；其特征在于，所述多个虚拟同步发电机与变压器之间的交流总线上并接有三相补偿器，且所述三相补偿器的直流侧接有超级电容。/n

【技术特征摘要】
1.一种抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统，包括多个虚拟同步发电机；所述多个虚拟同步发电机通过交流总线接变压器；所述变压器经串补输电线路连接电网；其特征在于，所述多个虚拟同步发电机与变压器之间的交流总线上并接有三相补偿器，且所述三相补偿器的直流侧接有超级电容。


2.根据权利要求1所述的抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统，其特征在于，所述串补输电线路包括串联的电阻、电感和电容。


3.根据权利要求1所述的抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统，其特征在于，所述三相补偿器与控制器连接。


4.一种权利要求1～3之一所述的抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据超级电容电压vdc调整PI控制器的参数或PID控制器的参数；
2)将所述PI控制器或PID控制器的输出值作为新能源发电厂串补并网系统的有功电流幅值I0，同时测出三相补偿器并网点的电压相位θ，根据有功电流幅值I0和电压相位θ计算出新能源发电厂串补并网系统有功电流{I0*cosθ，I0*cos(θ-2*π/3)，I0*cos(θ+2*π/3)}；
3)采集新能源发电厂串补并网系统串补输电线路的电流{iLa，iLb，iLc}，将电流{iLa，iLb，iLc}减去有功电流{I0*cosθ，I0*cos(θ-2*π/3)，I0*cos(θ+2*π/3)}，得到三相补偿器电流内环参考信号{iaref，ibref，icref}；
4)采集三相补偿器输出电流{ia，ib，ic}，根据电流内环参考信号{iaref，ibref，icref}和输出电流{ia，ib，ic}，计算三相补偿器调制信号{sa，sb，sc}，实现对三相补偿器的控制。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1)中，根据超级电容电压vdc调整PID控制器的参数的具体实现过程包括：当abs(Vdcref-vdc)>Eset0时，三相补偿器以新能源发电厂串补并网系统允许的最大电流对超级电容进行充电或放电；当Eset0>abs(Vdcref-vdc)>Eset1时，PID控制器参数为kp1和ki1；当Eset0>abs(Vdcref-vdc)>Eset1时，PID控制器参数为kp2和ki2；当且仅当abs(Vdcref-vdc)>Eset2时，调整所述PID控制参数；其中，Vdcref为参考电压；Eset0、Eset1均为设定的阈值，且Eset0＞Eset1。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述三相补偿器调制信号{sa，sb，sc}的计算公式为：



其中，ia_k+1为第k+1次电流采样值，ia_k为第k次电流采样值，va,vb、vc为三相补偿器并网点电压。


7.一种权利要求1～3之一所述的抑制次同步振荡的新能源发电厂串补并网系统的控制系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集超级电容电压vdc、新能源发电厂串补并网系统串补输电线...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，李高翔，陈燕东，王海宁，王衡，
申请(专利权)人：湖南大学，国网新疆电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43