一种双馈风机和牵引供电系统的负序协同补偿方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双馈风机和牵引供电系统的负序协同补偿方法，具体为：建立电网

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风机和牵引供电系统的负序协同补偿方法


[0001]本专利技术属于电气化铁路电能质量治理
，尤其涉及一种双馈风机和牵引供电系统的负序协同补偿方法。

技术介绍

[0002]单相工频25kV交流制牵引供电系统作为我国电气化铁路的唯一动力来源，接入含高渗透率风电的弱电网后，其产生的负序不仅会增加线路损耗，还造成风机绕组发热、效率降低，严重影响三相电网的安全稳定运行。目前变电所的负序治理措施主要包括牵引变压器进线轮流换相、采用平衡变压器以及安装负序补偿装置。轮流换相和平衡变压器能有效缓解负序问题，但在完全治理方面难以取得满意的效果。现多采用补偿装置进行有源补偿或无源补偿来完全消除电气化铁路负序问题，存在容量大，成本高，运维复杂的难题。
[0003]随着分布式新能源装机容量的不断提高，风机与牵引供电系统共同接入同一变电站。然而大规模的风电接入改变了牵引供电系统与电网之间的负序电流分布，使得传统的牵引供电系统补偿指令不能实现精确补偿。但是由于双馈风机出力具有强不确定性，其单独的补偿效果难以满足电网负序限值要求，可将其与变电所补偿装置协同控制进行公共连接点的负序补偿：当风机无冗余容量，仅作为发电机工作时，由变电所补偿装置单独进行负序补偿；当风机含有冗余容量时，发挥其主动补偿能力与变电所补偿装置共同工作对电网进行负序补偿。这不仅可以提升电网电能质量，还使得变电所补偿装置不必一直处于满载状态，延长其工作寿命。
[0004]因此，计及双馈风机的负序主动补偿能力，研究牵引变电所补偿装置与双馈风机的负序协同控制策略，对于改善电网电能质量，提高能源利用率，节约变电所投资成本具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种双馈风机和牵引供电系统的负序协同补偿方法，以公共连接点负序限值为约束，通过变电所补偿装置和双馈风机对公共连接点进行协同补偿，优化牵引供电系统负序补偿容量。
[0006]本专利技术的一种双馈风机和牵引供电系统的负序协同补偿方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：采集双馈风电机组和牵引供电系统中各节点电压电流并进行序分量分解。
[0008]步骤2：建立准确刻画负序电流在电网
‑
牵引供电系统
‑
双馈风电机组间分布的协同补偿模型。
[0009]步骤3：根据步骤2的电网
‑
牵引供电系统
‑
双馈风电机组数学模型，求解公共连接点电压不平衡度的补偿电流参考值。
[0010]步骤4：以正常运行时定转子电压电流为约束条件，求解双馈风机的定子负序电流稳定补偿边界。
[0011]步骤5：以满足电能质量标准要求和双馈风机的稳定补偿边界为目标，计算牵引供
电系统补偿装置和双馈风机的补偿电流指令。
[0012]步骤6：设计牵引供电系统补偿装置和双馈风机机侧变流器的负序控制模块，实现对公共连接点电压不平衡的协同补偿。
[0013]进一步的，步骤2中的电网
‑
牵引供电系统
‑
双馈风电机组数学模型为：
[0014]CVUF
PCC
＝k1(CCUF
TPSS
‑
k2CCUF
WF
‑
k3CCUF
COM
)
[0015]式中：CCUF
PCC
为公共连接点的三相电压不平衡度，CCUF
TPSS
为牵引变压器高压侧电流不平衡度，CCUF
WF
为风电场出口处电流不平衡度，CCUF
COM
为牵引供电系统补偿装置电流不平衡度。
[0016]其中：
[0017][0018][0019]式中：为牵引变压器高压侧正负序电流，为风电场出口处正负序电流，为牵引供电系统补偿装置正负序电流，为牵引变压器及牵引负荷的正序阻抗，为公共连接点到牵引供电系统的输电线路正序阻抗，为电网的负序阻抗。
[0020]进一步的，步骤3中的补偿电流参考值为：
[0021][0022]式中：为公共连接点所需的补偿电流。
[0023][0024]式中：响应系数k
p
为常数，VUF
pccref
为公共连接点的负序补偿目标，CVUF
PCC
为实时测量得到的公共连接点电压不平衡度。
[0025]进一步的，步骤4中的约束条件为：
[0026][0027]式中：i
sd
和i
sq
分别为正序同步旋转坐标系下的d轴、q轴定子电流，I
snom
为定子额定电流，U
sd
为d轴定子电压，Ls为定子绕组的自阻抗，Lm为定转子绕组互阻抗，ω
s
为同步角频率，ω
r
为转子角频率，I
rmax
为转子侧变流器的电流最大值，Lr为转子绕组的自阻抗，U
rnom
是转子额定电压，s为转差率。
[0028]所述步骤4中的稳定补偿边界为：
[0029][0030]式中，为定子负序电流指令，为三相坐标系下的定子负序电流限值，和分别为正序同步旋转坐标系下的d轴、q轴定子电流正序分量。
[0031]进一步的，步骤5中牵引供电系统补偿装置和双馈风机的补偿电流指令计算公式为：
[0032][0033]式中：为牵引供电系统补偿装置的补偿电流指令。
[0034]进一步的，步骤6中，双馈风机机侧变流器使用直接功率控制，调制电压为：
[0035][0036]式中：P
s0
为由最大风能追踪所决定的定子输出有功功率，P
s
、Q
s
分别为实时测量得到的定子有功功率和无功功率，P
scom
、Q
scom
分别为补偿功率有功分量和无功分量，E
rd
、E
rq
为d q电压解耦项。
[0037]其补偿功率和电压解耦项计算公式为：
[0038][0039][0040]式中：为正序同步旋转坐标系的d轴定子电压负序分量，为正序同步旋转坐标系的q轴定子电压负序分量，为负序同步旋转坐标系的d轴定子电压正序分量，为负序同步旋转坐标系的q轴定子电压正序分量，为正序同步旋转坐标系的d轴定子电流正序分量，为正序同步旋转坐标系的q轴定子电流正序分量，为负序同步旋转坐标系的d轴定子负序补偿电流，为负序同步旋转坐标系的q轴定子负序补偿电流。
[0041]本专利技术是有益技术效果为：
[0042]本专利技术考虑了双馈风机的负序主动补偿能力，通过牵引供电系统补偿装置和双馈风机机侧变流器的协同控制实现了公共连接点的负序补偿，节省了牵引变电所补偿装置投
资成本，提高了能源利用率。
[0043]本专利技术提出的负序协同补偿策略可用于任意接线形式的牵引供电系统与任意具备负序补偿功能的电力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双馈风机和牵引供电系统的负序协同补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集双馈风电机组和牵引供电系统中各节点电压电流并进行序分量分解；步骤2：建立准确刻画负序电流在电网
‑
牵引供电系统
‑
双馈风电机组间分布的协同补偿模型；步骤3：根据步骤2的电网
‑
牵引供电系统
‑
双馈风电机组数学模型，求解公共连接点电压不平衡度的补偿电流参考值；步骤4：以正常运行时定转子电压电流为约束条件，求解双馈风机的定子负序电流稳定补偿边界；步骤5：以满足电能质量标准要求和双馈风机的稳定补偿边界为目标，计算牵引供电系统补偿装置和双馈风机的补偿电流指令；步骤6：设计牵引供电系统补偿装置和双馈风机机侧变流器的负序控制模块，实现对公共连接点电压不平衡的协同补偿。2.根据权利要求1所述的一种双馈风机和牵引供电系统的负序协同补偿方法，其特征在于，所述步骤2中的电网
‑
牵引供电系统
‑
双馈风电机组数学模型为：CVUF
PCC
＝k1(CCUF
TPSS
‑
k2CCUF
WF
‑
k3CCUF
COM
)式中：CVUF
PCC
为公共连接点的三相电压不平衡度，CCUF
TPSS
为牵引变压器高压侧电流不平衡度，CCUF
WF
为风电场出口处电流不平衡度，CCUF
COM
为牵引供电系统补偿装置电流不平衡度；其中：其中：式中：为牵引变压器高压侧正负序电流，为风电场出口处正负序电流，为牵引供电系统补偿装置正负序电流，为牵引变压器及牵引负荷的正序阻抗，为公共连接点到牵引供电系统的输电线路正序阻抗，为电网的负序阻抗。3.根据权利要求2所述的一种双馈风机和牵引供电系统的负序协同补偿方法，其特征在于，所述步骤3中的补偿电流参考值为：式中：为公共连接点所需的补偿电流；式中：响应系数k
p
为常数，VUF
pccref
为公共连接点的负序补偿目标，CVUF
PCC
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈民武，陈垠宇，肖迪文，宫心，李东杰，陈天舒，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：