一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制方法，基于预先建立的双馈风力发电接串补产生次同步振荡的电网模型，根据以滑模控制为基础的自动调压策略，搭建主要由励磁控制系统和同步调相机本体组成的同步调相机系统，并且预设监测控制系统，根据实时采集的电压信息，分析系统运行状态，根据频谱分析是否发生次同步振荡，以此来控制调相机并入电网。同步调相机可以供给电网无功功率，稳定电网电压，从而稳定双馈风机输出有功功率，抑制系统次同步振荡，并且抑制效果明显，收敛速度很快。收敛速度很快。收敛速度很快。

【技术实现步骤摘要】
一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制方法


[0001]本专利技术涉及新能源发电
，具体是一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制方法。

技术介绍

[0002]风力发电技术不断的提高，对风能的利用也大大提高了，风电成为了除了火力发电和水利发电以外的重要发电能源。随着全球互联网的展开，如何大规模高效，安全可靠的利用风力发电的资源成为了目前风电发展的难题。而在当前的风电机组类型中，双馈风力发电机由于其成本低，可实现变速恒频运行和功率解耦控制等优点占据了目前主要市场。随着风电技术的快速发展，以及风能和负荷呈现逆向分布的特点，导致远距离输电容易受动态稳定极限和静态稳定极限等多种因素的影响，为了减少电能的损耗，大规模风电常采用串联补偿技术。然而虽然加入串联补偿线路可以减小线路电抗，缩短电气距离，提高输电能力并提升系统的暂稳能力，但是由于串补电容的使用，也大大增加了风力发电机组的次同步振荡的可能。在国内外电网的实际运行中已经出现了多起由风电引发的新型次同步振荡事故。
[0003]近期有一些新的风电机组侧的振荡抑制方法被提出，在双馈风电机组机侧或网侧变流器控制环中通过附加阻尼控制环节达到抑制效果，但这类方法通常针对固定频带，随频率变化的适应能力较差，难以满足实际工程需要。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制方法，在系统发生次同步振荡时，以同步调相机补偿系统无功的方式，稳定系统电压，提高阻尼，进一步稳定双馈风机发出的用功功率，来实现对于系统宽频域次同步振荡快速收敛稳定的目的。
[0005]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制系统，包括风力发电机、转子侧变流器、网侧变流器、串联补偿电路、监测控制模块和同步调相机单元，所述监测控制模块用以检测并网点电压，当检测到次同步振荡时，启动同步调相机单元，所述同步调相机单元为电网提供无功功率。
[0006]进一步的，所述同步调相机单元包括同步调相机和励磁控制装置，所述励磁控制装置包括励磁变压器、自动电压调节模块和可控励磁整流器。
[0007]本专利技术第二方面提供了一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制方法，基于所述的基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制系统实现，包括如下步骤：
[0008]S1、检测电网电压信息，根据电网电压判断是否出现次同步振荡，若是，执行步骤S2；
[0009]S2、启动同步调相机单元，为电网提供无功功率。
[0010]进一步的，所述同步调相机单元得到无功功率的方法包括：
[0011]定子电压与给定电压的电压偏差输入自动电压调节模块中，通过滑模变结构控制得到控制信号，经过脉冲触发器控制励磁整流桥整流，从而调节励磁电压，进而使同步调相机输出无功功率。
[0012]进一步的，所述转子侧变流器的控制模型为：
[0013][0014]x1、x2、x3、x4为中间状态变量，分别为：
[0015][0016]上式中，u
dr
，u
qr
为转子电压分量，L
m
表示dq坐标下的定转子的互感，L
s
表示dq坐标定子的自感，L
r
表示dq坐标下转子的自感，R
r
为发电机的电阻；ω
s
为角频率，s为转差率，漏磁系数
[0017]进一步的，所述同步调相机三阶数学模型为：
[0018][0019]式中：u
d
和u
q
为dq轴定子电压，i
d
和i
q
为dq轴定子电流，X
q
是q轴同步电抗，X
′
d
是d轴暂态电抗，E
′
q
是q轴暂态电势。
[0020]进一步的，基于电压闭环滑模变结构控制生成励磁电压的方法包括：
[0021][0022]式中：ε1、k1、ε2、k2为一组合适的值，状态矩阵
[0023]本专利技术的一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制方法，是通过在双馈风力发电系统中并入调相机系统来达到抑制由于串入补偿电容引起的次同步振荡
问题，同步调相机可以实现对系统次同步振荡很强的抑制效果，快速使振荡收敛，增强系统稳定性。
附图说明
[0024]图1是本专利技术一具体实施例的次同步振荡抑制系统的整体结构原理图；
[0025]图2是本专利技术一具体实施例的转子侧换流器原理图；
[0026]图3是本专利技术一具体实施例的同步调相机单元结构原理图；
[0027]图4是本专利技术一具体实施例的同步调相机单元的控制原理图；
[0028]图5是本专利技术一具体实施例的同步调相机单元的仿真模型图；
[0029]图6是本专利技术一具体实施例中，串补度为55％时的次同步振荡仿真结果图，图6a为电压波形图，图6b为电流波形图；
[0030]图7是本专利技术一具体实施例中投入同步调相机单元后的仿真结果图，图7a为电压波形图，图7b为电流波形图。
具体实施方式
[0031]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032]需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0033]如图1所示，在一具体实施例中，提供了一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制系统，包括风力发电机、转子侧变流器、网侧变流器、串联补偿电路、监测控制模块和同步调相机单元，所述监测控制模块用以实时对双馈风电系统电压电流信号进行实时监控，获取频率信息，当检测到次同步振荡发生时，启动同步调相机单元，所述同步调相机单元为电网提供无功功率，有效抑制次同步振荡，确保系统稳定。所述转子侧换流器，实现对双馈风机有功与无功进行解耦控制；网侧换流器，实现直流母线电压的稳定和控制输入功率因数。
[0034]本实施例中的发电机的电磁转矩T
e
、定子的有功功率P
s
和定子的无功功率Q
s
表达式分别为：
[0035][0036]其中，i
dr
，i
qr
为转子电流d轴和q轴分量，L
m
表示dq坐标下的定转子的互感，L
s
表示dq坐标系定子的自感，U
s
为发电机定子电压，u
qs
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制系统，包括风力发电机、转子侧变流器、网侧变流器和串联补偿电路，其特征在于，还包括监测控制模块和同步调相机单元，所述监测控制模块用以检测并网点电压，当根据并网点电压检测到出现次同步振荡时，同步调相机单元接入电网为电网提供无功功率。2.根据权利要求1所述一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制系统，其特征在于，所述同步调相机单元包括同步调相机和励磁控制装置，所述励磁控制装置包括励磁变压器、自动电压调节模块和可控励磁整流器。3.根据权利要求1所述一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述转子侧变流器的控制模型为：x1、x2、x3、x4为中间状态变量，分别为：上式中，u
dr
，u
qr
为转子电压分量，L
m
表示dq坐标下的定转子的互感，L
s
表示dq坐标定子的自感，L
r
表示dq坐标下转子的自感，R
r
为发电机的电阻；ω
s
为角频率，s为转差率，漏磁系数4.根据权利要求2所述一种基于同步调相机的双馈风力发电系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述同步调相机三阶数学模型为：式中：u
d
和u
q

【专利技术属性】
技术研发人员：吕艳玲，史大雷，徐明宇，郝文波，侯仕强，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：