双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法及系统，包括：将定子电流复矢量参考值与定子电流复矢量测量值之间的差值输入至定子电流控制器，将定子电流控制器的输出与解耦项相加得到转子电压调制信号；通过频率和绕组折算求取转子侧期望虚拟电阻；基于转子侧期望虚拟电阻，计算得到转子次同步电压调制信号；将转子次同步电压调制信号作为调整量，并将所述调整量与转子电压调制信号相加，得到更新后的转子电压调制信号。本发明专利技术能够实现双馈风机在全风速工作范围内的安全稳定运行。安全稳定运行。安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及风力发电机并网领域，具体涉及一种双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法及系统。

技术介绍

[0002]双馈风机具有技术成熟、性价比高等优势而作为主流机型在风力发电系统中得以广泛应用。然而，实际工程运行情况表明，双馈风机振荡特性与风速密切相关，低风速运行时双馈风机与串联补偿线路作用将导致次同步振荡事故频发，严重制约了风电的安全消纳，阻碍了未来以新能源为主体的新型电力系统的发展。
[0003]为了解决双馈风机并网振荡的问题，现有研究已经提出了一些颇有成效的振荡控制方法，包括附加阻尼设备、虚拟阻抗控制和自适应智能控制等。然而，附加阻尼设备会大幅度增加系统的投入，发电消耗高。虚拟阻抗控制可以通过软件实现，操作方便且实现简单，但大多基于某个或某些特定工作点设计，难以满足变风速工况下风机并网稳定性的要求。自适应智能控制虽然在一定程度上可以提升风机的工况适应性，但控制器设计复杂，很大程度上依赖于大量的运行数据，实用性受限。因此，为解决双馈风机并网振荡的问题，需要一种双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法及系统，能够实现双馈风机在全风速工作范围内的安全稳定运行。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法及系统，能够实现双馈风机在全风速工作范围内的安全稳定运行。
[0005]本专利技术的双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法，包括如下步骤：
[0006]S1.将定子电流复矢量参考值与定子电流复矢量测量值之间的差值输入至定子电流控制器，将定子电流控制器的输出与解耦项相加，得到转子电压调制信号；
[0007]S2.通过频率和绕组折算求取转子侧期望虚拟电阻；
[0008]S3.基于转子侧期望虚拟电阻，计算得到转子次同步电压调制信号；
[0009]S4.将转子次同步电压调制信号作为调整量，并将所述调整量与转子电压调制信号相加，得到更新后的转子电压调制信号。
[0010]进一步，根据如下公式确定解耦项K
sd
：
[0011]K
sd
＝ω
s
(L
s
L
r
/L
m
‑
L
m
)；
[0012]其中，ω
s
为双馈风机转差频率，L
s
、L
r
和L
m
分别为定子绕组漏感、转子绕组漏感以及电机励磁电感。
[0013]进一步，根据如下公式确定转子侧期望虚拟电阻R
dr
(v
w
)：
[0014]R
dr
(v
w
)＝|σ
p
(s)/k
e2
|R
vp
(v
w
)；
[0015]其中，σ
p
(s)为感应电机的扰动转差率，k
e
为定子绕组匝数与转子绕组匝数的比值，
R
vp
(v
w
)为定子侧期望虚拟电阻，v
w
表示实时风速。
[0016]进一步，根据如下公式确定感应电机的扰动转差率σ
p
(s)：
[0017]σ
p
(s)＝(s
‑
jω
r
)/s；
[0018]其中，ω
r
表示转子绕组电气角频率，s为复频率，j为虚数单位。
[0019]进一步，根据如下公式确定定子侧期望虚拟电阻R
vp
(v
w
)：
[0020]R
vp
(v
w
)＝m
·
|R
DFIG
(v
w
)|；
[0021]其中，m为倍数；R
DFIG
(v
w
)为随风速变化的负电阻；
[0022][0023]v
in
表示切入风速，v
cov
表示风机恒转速运行时最大切换风速，v
rated
表示额定风速；Re[
·
]表示取一个复数的实部，Z
DFIG
(v
w
,f
c
)为双馈风机风速频率二元阻抗，f
c
为风机阻抗与电网阻抗在次同步频段的幅值交点频率，v
w
表示实时风速，a、b、c均为拟合系数。
[0024]进一步，根据如下公式确定幅值交点频率f
c
：
[0025]|Z
DFIG
(v
w
,f
c
)|
‑
|Z
g
(f
c
)|＝0；
[0026]其中，Z
g
(f
c
)为电网阻抗。
[0027]进一步，根据如下公式确定转子次同步电压调制信号U
rm_sub
：
[0028][0029]其中，ω
c1
表示带通滤波器滤除工频50Hz的截止角频率，ω
c2
表示抑制开关噪声的截止角频率，s为复频率，I
sdq
为定子电流复矢量测量值。
[0030]进一步，根据如下公式确定ω
c1
以及ω
c2
：
[0031]ω
c1
＝2π
×
f
c1 rad/s，ω
c2
＝2π
×
f
c2 rad/s；
[0032]其中，f
c1
以及f
c2
均为截止频率。
[0033]一种双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制系统，包括定子电流控制模块、期望虚拟电阻求解模块以及虚拟电阻控制模块；
[0034]所述定子电流控制模块，用于将定子电流复矢量参考值与定子电流复矢量测量值之间的差值输入至定子电流控制器，将定子电流控制器的输出与解耦项相加得到转子电压调制信号；
[0035]所述期望虚拟电阻求解模块，用于求取转子侧期望虚拟电阻，并计算得到转子次同步电压调制信号；
[0036]所述虚拟电阻控制模块，用于将转子次同步电压调制信号与转子电压调制信号相加，得到更新后的转子电压调制信号。
[0037]进一步，根据如下公式确定转子侧期望虚拟电阻R
dr
(v
w
)：
[0038]R
dr
(v
w
)＝|σ
p
(s)/k
e2
|R
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1.将定子电流复矢量参考值与定子电流复矢量测量值之间的差值输入至定子电流控制器，将定子电流控制器的输出与解耦项相加，得到转子电压调制信号；S2.通过频率和绕组折算求取转子侧期望虚拟电阻；S3.基于转子侧期望虚拟电阻，计算得到转子次同步电压调制信号；S4.将转子次同步电压调制信号作为调整量，并将所述调整量与转子电压调制信号相加，得到更新后的转子电压调制信号。2.根据权利要求1所述的双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法，其特征在于：根据如下公式确定解耦项K
sd
：K
sd
＝ω
s
(L
s
L
r
/L
m
‑
L
m
)；其中，ω
s
为双馈风机转差频率，L
s
、L
r
和L
m
分别为定子绕组漏感、转子绕组漏感以及电机励磁电感。3.根据权利要求1所述的双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法，其特征在于：根据如下公式确定转子侧期望虚拟电阻R
dr
(v
w
)：R
dr
(v
w
)＝|σ
p
(s)/k
e2
|R
vp
(v
w
)；其中，σ
p
(s)为感应电机的扰动转差率，k
e
为定子绕组匝数与转子绕组匝数的比值，R
vp
(v
w
)为定子侧期望虚拟电阻，v
w
表示实时风速。4.根据权利要求3所述的双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法，其特征在于：根据如下公式确定感应电机的扰动转差率σ
p
(s)：σ
p
(s)＝(s
‑
jω
r
)/s；其中，ω
r
表示转子绕组电气角频率，s为复频率，j为虚数单位。5.根据权利要求3所述的双馈风机变风速工况虚拟电阻次同步振荡控制方法，其特征在于：根据如下公式确定定子侧期望虚拟电阻R
vp
(v
w
)：R
vp
(v
w
)＝m
·
|R
DFIG
(v
w
)|；其中，m为倍数；R
DFIG
(v
w
)为随风速变化的负电阻；v
in
表示切入风速，v
cov
表示风机恒转速运行时最大切换风速，v
rated
表示额定风速；Re[
·
]表示取一个复数的实部，Z
DF...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜雄，杜程茂，陈斌，王同勋，王恒，周波，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：