一种基于正序电压分量补偿技术的双馈风电机组次同步振荡抑制方法技术

本发明专利技术公开了新能源技术领域的一种基于正序电压分量补偿技术的双馈风电机组次同步振荡抑制方法。海上风电场通过长距离高压交流海底电缆连接海陆系统，其并网点等效电网强度低。在该弱电网下，针对海上双馈风电系统中由静止无功补偿器诱发的次同步振荡事故，基于正序电压分量补偿技术对风机网侧变流器控制策略进行改进，增加其对机端正序电压的控制，补偿网侧无功功率以稳定机端电压，将不对称故障的补偿问题简化为对电压正序分量的补偿，排除负序电压对系统控制的影响，降低控制的复杂程度，增强控制系统的稳定性，支持电网电压快速恢复，抑制系统次同步振荡现象。抑制系统次同步振荡现象。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正序电压分量补偿技术的双馈风电机组次同步振荡抑制方法


[0001]本专利技术属于新能源
，具体涉及一种基于正序电压分量补偿技术的双馈风电机组次同步振荡抑制方法。

技术介绍

[0002]随着世界经济的不断发展，能源短缺和环境污染等问题日益严峻，各国都开始着手优化能源结构，大力开发可再生能源。我国风能资源丰富，风电产业快速发展，风电场建设迅速，逐渐向大规模、远距离输电方式发展，风电外送系统的稳定性问题开始凸显。
[0003]针对远距离的双馈风电场并网系统，交流电网对风电场并网点电压的支持作用降低，在该弱电网条件下，容易诱发风电场并网系统次同步振荡事故。另一方面，风电场中广泛采用静止无功补偿器等并联无功补偿装置来提高线路输送容量和增强系统暂态稳定性，在其不合理的运行方式或控制参数下，容易诱发系统次同步振荡事故。故在弱电网下，针对双馈风电系统中由静止无功补偿器诱发的次同步振荡事故，设计合理的风机控制方法来提高风电并网系统的稳定性，对风电场安全稳定运行具有重要的现实意义。
[0004]考虑到电压是电磁设备建立磁场的主要物理量，电压不稳定将影响对应电磁设备(例如，发电机、变压器)的内部磁场，导致其有功功率转换或变送受影响。因此，电压/无功作为有功输送的载体或媒介，改善风机电压/无功控制有助于有功功率的顺畅传输，增强系统稳定性，抑制风电场次同步振荡现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于正序电压分量补偿技术的双馈风电机组次同步振荡抑制方法。为抑制SVC在弱交流系统中诱发的次同步振荡事故，结合正序电压补偿技术，增加风机网侧变流器对机端正序电压的控制，补偿网侧无功功率稳定机端电压，增强弱电网的安全稳定特性，支持电网电压快速恢复，抑制系统次同步振荡现象。
[0006]该技术方案的创新思维与本专利技术的有益效果是：
[0007]本专利技术使用网侧变流器输出无功对机端电压正序分量进行补偿，增加风机网侧变流器的控制维度，充分挖掘网侧变流器的无功电压控制能力，在维持直流母线电压稳定的同时增加对机端电压正序分量的控制，将不对称故障的补偿问题简化为对电压正序分量的补偿，排除负序电压对系统控制的影响，降低控制的复杂程度，增强控制系统的稳定性，支持电网电压快速恢复，抑制系统次同步振荡现象。
[0008]本专利技术提供的技术方案只需基于正序电压分量补偿技术对双馈风电机组控制策略进行改进，即可实现对弱交流风电系统次同步振荡现象的抑制，不需增加额外的装置。
[0009]本专利技术提供的技术方案对于由对称故障或不对称故障引发的风电场次同步振荡现象都有良好的抑制效果。
附图说明
[0010]图1为风电场结构图。
[0011]图2双馈风机网侧变流器控制原理图。
[0012]图3为风电场次同步振荡事故发展过程图。
[0013]图4为改进控制下风电场事故响应曲线图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。附图1为1.2GW海上风电场电气结构图，风电场由装机容量均为400MW的风电机组G1、G2和G3组成，每个机组含267台额定电压0.69kV、额定功率1.5MW的双馈风机，通过Crowbar装置实现风机低压穿越的硬件保护，且每台发电机运行状态一致。各台风电机组经箱变(0.69kV/35kV)升压后汇集到汇流母线，再接至海上升压站升压至400kV后，通过120km高压交流海缆向电网输送功率，海缆电阻为0.0205(Ω/km)、电抗为0.0798(Ω/km)。以短路比表征交流电网强度，该风电系统并网点短路比约为2.8，属于弱交流系统。在海底电缆中间节点配备TSC
‑
TCR型SVC，该SVC由一个327Mvar的晶闸管控制电抗器和三个282Mvar的晶闸管投切电容器组成，采用定电压控制，其内部电压PI控制参数k
p_svc
＝5，k
i_svc
＝800。风电系统主要参数如表1所示。表1风电系统主要参数
[0015]双馈风机网侧变流器控制策略如附图2所示，充分挖掘风机网侧变流器的无功输出能力，使其在维持直流母线电压稳定的同时输出无功功率从而对机端电压正序分量进行补偿。附图2中虚线框区域为网侧变流器改进后的控制策略。其中u
abc
*为机端电压额定正序分量，将u
abc
*与实际正序电压u
abc+
做差后经比例积分调节器得到网侧变流器无功电流给定值，电流给定和反馈值经PI环节得到输出电压矢量再进行反变换得到网侧电压。通过改进网侧变流器控制方法提高海上风电机组对电网电压的支撑作用，排除负序电压对系统控制的影响，维持风电机组机端电压的稳定，增强系统稳定性，抑制由对称和不对称电网故障引发的次同步振荡现象。
[0016]附图3为该风电场次同步振荡事故发展曲线。在400kV母线处施加单相接地短路故障，故障持续时间设置为0.03s。最初SVC装置动作，向电网注入无功功率以维持电网电压稳定。但在随后的几百毫秒内，风电场内出现约9.8Hz左右的次同步振荡现象，风电场输出有功功率和无功功率发生大幅振荡，最终导致风电机组因转子过流触发切机保护信号而脱网。
[0017]应用本文所提综合控制策略后，风电场响应如附图4所示。系统具有更好的平稳性，使风电场和并网点的电压及有功无功特性保持在合理范围内，提高了海上风电场和电网运行的可靠性和稳定性，抑制系统次同步振荡的现象，避免机组大规模脱网事故的发生。
[0018]上述以海上风电作为较佳实施例对技术方法加以说明，但本方法不仅仅限于海上双馈风电机组，该方法也同样适用陆上弱交流系统中双馈风电机组次同步振荡的抑制。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正序电压分量补偿技术的双馈风电机组次同步振荡抑制方法，其特征在于，为抑制SVC在弱交流系统中诱发的次同步振荡事故，基于正序电压分量补偿技术，改进双馈风电机组控制策略，增加网侧变流器对机端正序电压的控制，补偿网侧无功功率稳定机端电压，增强弱电网的安全稳定特性，抑制次同步振荡现象。2.一种基于正序电压分量补偿技术的双馈风电机组次同步振荡抑制方法，其特征在于，将机端电压额定正序分量u
abc
*与实际正序电压u
abc+<...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜湘武，常文斐，贾焦心，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司电力科学研究院保定友源电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：