一种风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法，包括获取柔性直流换流站交流侧的瞬时电压并变换得到d轴和q轴电压；将d轴和q轴电压除以并联阻抗，模拟得到流经并联阻抗的d轴和q轴电流临时值；将d轴和q轴电流临时值进行限幅模拟得到流经并联阻抗的d轴和q轴电流最终值；将得到的流经并联阻抗的d轴和q轴电流最终值反向叠加至实际电流，计算得到输入电流内环控制器的电流；将得到的电流输入到现有的柔性直流换流站的控制系统中，从而实现次同步振荡的抑制；本发明专利技术算法简单可靠，易于实现，触发简单可靠，也不改变柔性直流换流站的稳态运行性能和调控目标，成本低廉、可靠性高且稳定性好。可靠性高且稳定性好。可靠性高且稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法
[0001]技术邻域
[0002]本专利技术涉及基于电压源型换流器(voltage source converter，VSC)的柔性直流输电(highvoltage direct current，HVDC)系统接纳风电场并网外送领域，具体涉及一种风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法。

技术介绍

[0003]能源和环境污染问题已引起了世界上各国的关注，大力发展清洁能源并提高它们的利用效率、安全性和可靠性是降低环境污染的有效手段之一，已经成为世界上各国家的共识。风能作为一种清洁能源，相比于水电和光伏来说具有更加广阔的获取空间，例如海上、湖泊、草原、偏远山区、高原地区等。因此，如何高效、可靠、安全地利用柔性直流输电系统向风电场提供交流电压支撑，接纳风电场产生的电能并送至负荷中心，已经成为当前国内外研究的热点。
[0004]柔直换流站接纳风电场所采用的控制方式一般是双闭环控制，即电压外环和电流内环，其中电压外环用于维持柔直换流站交流侧母线电压稳定，使其不随风电场功率大小变化而变化，交流电压的频率为自身给定的50Hz。柔直换流站接纳风电场是典型的电力电子化系统，其中风电场的交流电压由柔直换流站提供，风机网侧变流器通过锁相环同步该交流电压，从而在次同步频率范围内存在振荡风险，可能威胁系统运行安全。柔直换流站接纳风电场所发生的次同步振荡，其机理与风电场接入大电网产生的次同步振荡类似，但有所区别。因此，如何提升柔直换流站接纳风电场在次同步频率范围内的阻尼性能，以降低次同步振荡风险有利于提升系统的稳定性是首要解决的事情之一。
[0005]因此，本专利技术专利提出了一种风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法。图1所示的是风电场基地经柔性直流输电外送的主电路结构；该系统的等效模型如图2所示；该方法的机理是模拟柔性直流换流站交流侧并联无源阻抗，如图3所示；该方法在柔性直流换流站控制系统中的实现方式如图4所示；其实现步骤如图5所示。该方法存在d轴和q轴两个部分，两个部分的相关参数可以相同也可以不同。针对直驱风电场应用时，既可以配置在d轴和q轴通道，也可以仅配置在q轴通道。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种成本低廉、可靠性高且稳定性好的用于风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法。
[0007]本专利技术提供的这种用于风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法，包括如下步骤：
[0008]S1.获取柔性直流换流站交流侧的瞬时电压，并进行旋转坐标变换，得到d轴电压和q轴电压；
[0009]S2.将步骤S1得到的d轴电压和q轴电压除以并联阻抗，模拟得到流经并联阻抗的d轴电流临时值和q轴电流临时值；
[0010]S3.对步骤S2得到的流经并联阻抗的电流临时值进行限幅，从而模拟得到流经并联阻抗的电流最终值；
[0011]S4.将步骤S3得到的流经并联阻抗的电流最终值反向叠加至实际电流，计算得到输入电流内环控制器的电流；
[0012]S5.将步骤S4得到的电流输入到现有的柔性直流换流站的控制系统中，从而实现次同步振荡的抑制；
[0013]步骤S1所述的获取柔性直流换流站交流侧的瞬时电压，并进行坐标变换，得到d轴电压和q轴电压，具体为获取柔性直流换流站交流侧的瞬时电压u
sa
(t)、u
sb
(t)和u
sc
(t)，并采用Park坐标变换的方式，变换得到d轴电压u
sd
(t)和q轴电压u
sq
(t)；u
sa
(t)为柔性直流换流站交流侧的A相瞬时电压，u
sb
(t)为柔性直流换流站交流侧的B相瞬时电压，u
sc
(t)为柔性直流换流站交流侧的C相瞬时电压。
[0014]所述的获取柔性直流换流站交流侧的瞬时电压，并进行旋转坐标变换，得到d轴电压和q轴电压，具体采用如下算式计算得到d轴电压u
sd
(t)和q轴电压u
sq
(t)：
[0015][0016]式中u
sa
(t)为柔性直流换流站交流侧的A相瞬时电压，u
sb
(t)为柔性直流换流站交流侧的B相瞬时电压，u
sc
(t)为柔性直流换流站交流侧的C相瞬时电压；θ
PLL
为柔性直流换流站的锁相环输出相位值。
[0017]步骤S2所述的将步骤S1得到的d轴电压和q轴电压除以并联阻抗Z
P
，其中并联阻抗Z
P
为电阻串联电容以消除隔离直流分量，从而模拟得到流经并联阻抗只有振荡分量的电流临时值。在s域中，流经并联阻抗的电流临时值i
comd_temp
和i
comq_temp
可表示为：
[0018][0019]式中，s为拉普拉斯算子；i
comd_temp
(s)为流经并联阻抗的d轴电流临时值；i
comq_temp
(s)为流经并联阻抗的q轴电流临时值；u
sd
(s)为柔性直流换流站交流侧的d轴电压s域值；u
sq
(s)为柔性直流换流站交流侧的q轴电压s域值；Z
P
(s)为并联阻抗Z
P
的s域传递函数。
[0020]步骤S3所述的对步骤S2得到的流经并联阻抗的电流临时值进行限幅，从而得到流经并联阻抗的电流最终值，具体采用如下算式计算得到流经并联阻抗的电流最终值：
[0021][0022]式中i
comd
(s)为流经并联阻抗的d轴电流最终值；i
comq
(s)为流经并联阻抗的q轴电流最终值；i
comd_temp
(s)为流经并联阻抗的d轴电流临时值；i
comq_temp
(s)为流经并联阻抗的q轴电流临时值；为设定的限幅值，限幅值一般取额定电流的2％～10％，推荐取5％；含有(t)的物理量表示对应物理量在时域上的瞬时值。
[0023]步骤S4所述的将步骤S3得到的流经并联阻抗的电流最终值反向叠加至实际电流，计算得到输入电流内环控制器的电流，具体采用如下算式计算得到输入电流内环控制器的电流：
[0024][0025]式中i
s
'
d
(s)和i
s
'
q
(s)为送入电流内环控制器的电流；i
sd
(s)和i
sq
(s)为柔性直流换流站交流系统的电流；i
comd
(s)和i
comq
(s)为流经并联阻抗的电流最终值。
[0026]步骤S5所述的将步骤S4得到的电流输入到现有的柔性直流换流站的控制系统中，计算得到柔性直流换流器交流侧电压的参考值，具体包括如下步骤：
[0027]A.采用如下算式作为计算得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法，包括如下步骤：S1.获取柔性直流换流站交流侧的瞬时电压，并进行旋转坐标变换，得到d轴电压和q轴电压；S2.将步骤S1得到的d轴电压和q轴电压除以并联阻抗，模拟得到流经并联阻抗的d轴电流临时值和q轴电流临时值；S3.对步骤S2得到的流经并联阻抗的电流临时值进行限幅，从而模拟得到流经并联阻抗的电流最终值；S4.将步骤S3得到的流经并联阻抗的电流最终值反向叠加至实际电流，计算得到输入电流内环控制器的电流；S5.将步骤S4得到的电流输入到现有的柔性直流换流站的控制系统中，从而实现次同步振荡的抑制。2.根据权利要求1所述的用于风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法，其特征在于步骤S1所述的获取柔性直流换流站交流侧的瞬时电压，并进行坐标变换，得到d轴电压和q轴电压，具体为获取柔性直流换流站交流侧的瞬时电压u
sa
(t)、u
sb
(t)和u
sc
(t)，并采用Park坐标变换的方式，变换得到d轴电压u
sd
(t)和q轴电压u
sq
(t)；u
sa
(t)为柔性直流换流站交流侧的A相瞬时电压，u
sb
(t)为柔性直流换流站交流侧的B相瞬时电压，u
sc
(t)为柔性直流换流站交流侧的C相瞬时电压。3.根据权利要求2所述的用于风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法，其特征在于所述的获取柔性直流换流站交流侧的瞬时电压，并进行旋转坐标变换，得到d轴电压和q轴电压，具体采用如下算式计算得到d轴电压u
sd
(t)和q轴电压u
sq
(t)：式中u
sa
(t)为柔性直流换流站交流侧的A相瞬时电压，u
sb
(t)为柔性直流换流站交流侧的B相瞬时电压，u
sc
(t)为柔性直流换流站交流侧的C相瞬时电压；θ
PLL
为柔性直流换流站的锁相环输出相位值。4.根据权利要求3所述的用于风电场经柔性直流并网送出的次同步振荡抑制方法，其特征在于步骤S2所述的将步骤S1得到的d轴电压和q轴电压除以并联阻抗Z
P
，其中并联阻抗Z
P
为电阻串接电容的形式以消除隔离直流分量，从而模拟得到流经并联阻抗只有振荡分量的电流临时值。在s域中，流经并联阻抗的电流临时值i
comd_temp
和i
comq_temp
可表示为：式中，s为拉普拉斯算子；i
comd_temp
(s)为流经并联阻抗的d轴电流临时值；i
comq_temp
(s)为流经并联阻抗的q轴电流临时值；u

【专利技术属性】
技术研发人员：李云丰，许杰锋，贺之渊，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：