自适应捕捉频点的双馈风电场次同步振荡抑制方法技术

自适应捕捉频点的双馈风电场次同步振荡抑制方法，首先，设计次同步振荡附加阻尼环；然后，在目标风场并网处采用实时快速傅里叶变换FFT分析跟踪振荡频点；并基于跟踪频点进行附加阻尼环的自适应调整；最后，运用设计好的自适应捕捉频点的附加阻尼环对双馈风电机组的转子侧变流器控制策略进行改进；与同类型双馈风电场次同步振荡抑制方法相比，本发明专利技术方法能够精确有效的抑制双馈风电机组的次同步振荡，避免了同类方法因振荡频点偏移可能出现的抑制效果减弱及过调，对双馈风电机组接入系统安全稳定运行有重要的现实意义。

【技术实现步骤摘要】
自适应捕捉频点的双馈风电场次同步振荡抑制方法
本专利技术属于电力系统
，涉及双馈风机并网系统稳定性控制领域，特别涉及一种自适应捕捉频点的双馈风电场次同步振荡抑制方法。
技术介绍
新能源电能接入系统的比例逐渐提高，给电力系统的安全稳定运行带来了新的挑战，其中就包括次同步振荡等稳定性问题。目前双馈式风力发电机在新能源发电领域中获得了十分广泛的应用，双馈风电场并网外送电能已成为实现风能大规模开发与利用的主要方式。双馈风电场并网外送电能往往采用输电线路串联补偿技术，用以缩短电气距离，提高电能输送能力，提高电力系统稳定性。然而，因为双馈风机控制和结构的特殊性，这种大规模、远距离、点对网经串联补偿线路外送电能的方式却可能带来另一种稳定性问题——次同步振荡。随着中国大规模风电基地的建设，由双馈式风电并网诱发的次同步振荡的建模、分析与抑制措施成为亟待解决的问题。研究双馈式风电机组并网的次同步振荡问题对于明确和完善风机次同步振荡机理，具有重要的意义。在双馈式风力发电机转子侧变流器附加次同步振荡阻尼环通过提取相关电气量以获取振荡信息，通过对提取量进行处理得到输出信号的附加分量，该分量对于原信号中的振荡分量具有一定的抑制作用，从而达到对次同步振荡的有效抑制。然而，由于风机的运行状态会随着风速、网络参数等的变化发生改变，此时，传统的附加阻尼方法因难以获取动态的振荡信息而减弱次同步振荡抑制能力，甚至会因为频点偏移而发生过调状态，继发新的振荡问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种自适应捕捉频点的双馈风电场次同步振荡抑制方法，在双馈风机转子侧变流器控制内环附加次同步阻尼环，基于实时快速傅里叶变换FFT分析，以追踪振荡频点并对附加阻尼环进行自适应调整，从而避免了双馈式风场并网次同步振荡问题，提高了抑制措施的有效性和适应性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种自适应捕捉频点的双馈风电场次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：设计附加阻尼环附加阻尼环由滤波器、相位补偿环节、放大系数、限幅器构成，将其叠加至双馈风机转子侧变流器的电流内环中；(a)设计滤波器在进行滤波器设计时，根据对滤波器的性能要求，对滤波器的幅频特性和相频特性进行限制，如不等式(1)所示：上式中，L、分别表示滤波器的幅频和相频特性，n是滤波器的阶数，ωn是滤波器的中心频率；D、M代表限制常数；选择二阶带通滤波器提取次同步分量，其传递函数为：上式中，ζ代表滤波器的阻尼系数，s为频域变量；(b)设计相位补偿环节次同步频率的电流分量经过二阶带通滤波器造成了相位改变，相位改变的计算公式为：运用补偿环节对其进行相应的相位补偿，单个补偿环节的相位补偿为：Phi_com＝arctan(ωT1)-arctan(ωT2)(4)(c)设计放大系数对提取出的次同步分量信号进行放大处理，即可形成阻尼信号；(d)设计限幅器对阻尼信号进行限幅处理，以引入分量不影响系统稳定性为前提进行阻尼环输出幅度限制；步骤2：运用实时FFT分析跟踪频点在双馈风机并网处，运用FFT对线路电流进行实时分析，得到系统次同步振荡频段内的振荡频点和振荡幅值，即获得了振荡信息；步骤3：进行附加阻尼环的自适应调整根据步骤2获取的振荡信息，进行附加阻尼环参数的实时调整，实时调整的原则为：1)以实时振荡频点代替初始频点作为带通滤波器的中心频率；2)根据振荡幅值确定放大系数，当振荡幅值较大时，增大放大系数，但应该限制在调整范围内，即不大于与之并列的PI环的比例参数；步骤4：进行风机转子侧变流器控制策略改进将步骤1-步骤3设计好的附加阻尼环叠加至双馈风机转子侧变流器的电流内环中，取转子电流偏差为原始信号进行附加阻尼处理，输出叠加至转子电压参考值，进而对双馈风机转子电压进行调整。和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：首先，采用次同步振荡附加阻尼环；然后，在风场并网处，运用实时FFT分析跟踪振荡频点；同时，基于跟踪频点进行附加阻尼环的自适应调整；最后，运用设计好的自适应捕捉频点的附加阻尼环对双馈风电机组的转子侧变流器控制策略进行改进。本专利技术方法能够实时锁定振荡频点精确有效的抑制双馈风电机组的次同步振荡，避免了同类方法因振荡频点偏移可能出现的抑制效果减弱和过调等问题。附图说明图1是本专利技术的流程图。图2是附加阻尼环的拓扑结构。图3是抑制策略框图。图4是双馈风机并网模型。图5是系统次同步振荡的电流和功率波形。图6是运用同类附加阻尼方法抑制次同步振荡的电流和功率波形。图7是运用本专利技术方法后系统的电流和功率波形。图8是运用本专利技术方法后的跟踪振荡频率。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术是一种自适应捕捉频点的双馈风电场次同步振荡抑制方法，在确定的双馈风电场并网系统中，包括如下步骤：步骤1：设计附加阻尼环本专利技术设计的附加阻尼环由带通滤波器、相位补偿环节、信号放大环节、限幅器构成，其结构如图2所示。1)设计滤波器滤波器的作用是提取出次同步振荡时的次同步分量。输入信号经过带通滤波器形成次同步分量1。在进行滤波器设计时，依据对次同步信号的提取要求，对滤波器的幅频特性和相频特性进行限制，如不等式(1)所示。上式中，L、分别表示滤波器的幅频和相频特性，n是滤波器的阶数，ωn是滤波器的中心频率；D、M代表限制常数，分别取3dB和30°。本专利技术中，选择简单通用的二阶带通滤波器提取次同步分量，其传递函数为：上式中，s为频域变量，ζ代表滤波器的阻尼系数，取0.3。2)设计相位补偿环节用上述带通滤波器提取出的次同步分量可能存在相位改变，进行相位补偿以还原次同步分量。经过相位补偿，次同步分量1被还原为系统中的原始次同步分量2。进行相位补偿时，根据次同步频率的电流分量经过二阶带通滤波器造成的相位改变，相位改变的计算公式为：运用补偿环节对其进行相应的相位补偿，单个补偿环节的相位补偿为：Phi_com＝arctan(ωT1)-arctan(ωT2)(4)进行相位补偿时，根据所需提出的次同步频率的电流分量经过二阶带通滤波器造成的时间延迟，运用补偿环节对其进行相位补偿，T1取0.01。根据式(4)确定T2和n的大小。特别说明，当应用本专利技术的实时频点追踪方法时，由式(3)可知此时次同步分量经过滤波器没有相位改变，因此不需要相位补偿，此时设置T2＝T1即可。3)设计放大系数对次同步分量2进行放大处理以形成阻尼信号。4)设计限幅环节对阻尼信号进行限幅可以进一步确保系统的稳定性。以引入分量不影响系统稳定性为前提，进行阻尼环输出幅度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.自适应捕捉频点的双馈风电场次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：设计附加阻尼环/n附加阻尼环由滤波器、相位补偿环节、放大系数、限幅器构成，将其叠加至双馈风机转子侧变流器的电流内环中；/n(a)设计滤波器/n在进行滤波器设计时，根据对滤波器的性能要求，对滤波器的幅频特性和相频特性进行限制，如不等式(1)所示；/n

【技术特征摘要】
1.自适应捕捉频点的双馈风电场次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设计附加阻尼环
附加阻尼环由滤波器、相位补偿环节、放大系数、限幅器构成，将其叠加至双馈风机转子侧变流器的电流内环中；
(a)设计滤波器
在进行滤波器设计时，根据对滤波器的性能要求，对滤波器的幅频特性和相频特性进行限制，如不等式(1)所示；



上式中，L、分别表示滤波器的幅频和相频特性，n是滤波器的阶数，ωn是滤波器的中心频率；D、M代表限制常数；
选择二阶带通滤波器提取次同步分量，其传递函数为：



上式中，ζ代表滤波器的阻尼系数，s为频域变量；
(b)设计相位补偿环节
次同步频率的电流分量经过二阶带通滤波器造成了相位改变，相位改变的计算公式为：



运用补偿环节对其进行相应的相位补偿，单个补偿环节的相位补偿为：
Phi_com＝arctan(ωT1)-arctan(ωT2)(4)
(c)设计放大系数
对提取出的次同步分量信号进行放...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒进，张涛，都劲松，杨俊，马晋辉，蒋成文，燕振元，牛瑞杰，马瑞瑞，王阳，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61