基于低穿功率分段恢复的风场调相机暂态稳定性提升方法技术

本发明专利技术公开了一种基于低穿功率分段恢复的风场调相机暂态稳定性提升方法，首先，实时测量同步调相机机端的频率，计算角加速度信号，同时测量风电场并网点电压，根据信号的正负判断系统当前所处的阶段；然后，针对系统所处的不同阶段，风机采用不同的速率恢复有功出力

【技术实现步骤摘要】
基于低穿功率分段恢复的风场调相机暂态稳定性提升方法


[0001]本专利技术属于电力系统领域，涉及风机并网系统稳定性控制领域，具体涉及一种基于低穿功率分段恢复的风场调相机暂态稳定性提升方法
。

技术介绍

[0002]我国的能源与负荷成逆向分布，随着电网中风电场出力占比的不断提高，弱送端风电场大规模长距离集中送出面临着电压安全问题的考验
。
同步调相机具备良好的瞬时动态无功响应特性和提供短路容量支撑的能力，在风电场场站部署调相机可改善风电场送端由低短路比引发的电压振荡与暂态过电压等问题，对支撑电网强度和促进风电场消纳效果显著，有效地提升了风电场的送出极限
。
然而，安装于风电场场站的同步调相机受风电场的影响，具有故障后功角加速失稳的风险，这对进一步提升清洁能源送出极限造成阻碍
。
因此，研究对于提升大规模风电场送出系统暂态功角稳定性和提升风电场出力极限具有重要的意义
。
[0003]风机低电压穿越能力是指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网不脱网，减小有功出力的同时，向电网提供一定的无功支撑，从而实现“穿越”这个低电压时段
。
在故障清除后，风机有功通常按一定的速率斜坡恢复
。
然而，这一传统的有功恢复控制策略未考虑同步机的转子动态，可能会对送端同步调相机的功角稳定性产生不利影响，继发新的同步稳定性问题
。
本专利基于同步调相机暂态转速与风电场并网电压反馈，改进故障恢复阶段的风机有功控制策略，提高了风电场场站同步调相机的暂态功角稳定性
。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于低穿功率分段恢复的风场调相机暂态稳定性提升方法，解决大规模风电场并网系统同步调相机的暂态功角稳定问题
。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]测量或计算调相机角速度和角加速度信号，根据频率信号正负判断所处阶段并切换控制控制策略
。
针对目标含分布式同步调相机的风电并网系统，本专利技术公开的方法包括以下步骤：
[0007]①
获取风场同步调相机角速度
ω
、
角加速度
a
及并网电压参数；
[0008]②
将步骤
①
获取的同步调相机角速度及角加速度信号送入风机功率外环，根据故障清除后同步调相机角速度与角加速度信号的正负，判断转子摇摆过程所处阶段，不同阶段切换不同的有功恢复策略；
[0009]1)
第1阶段
[0010]a)
划分依据：同步调相机角速度与角加速度均为正；
[0011]b)
控制策略：风机有功根据同步调相机角加速度变速率下降，且限制在制定区间，风机有功电流最低降至风机允许的最大不平衡功率处，第1阶段风机有功电流变化速率为
[0012][0013]式中，为第1阶段风机有功电流变化速率；
a
为同步调相机角加速度；
K1为调节系数，且
K1＞0；
p.u.
代表风机有功电流的标幺值；
[0014]2)
第2阶段
[0015]a)
划分依据：同步调相机角速度为正，角加速度为负；
[0016]b)
控制策略：风机有功根据同步调相机角加速度斜坡恢复，第2阶段风机有功电流变化速率为：
[0017][0018]式中，为第2阶段风机有功电流变化速率；在指令控制下的新能源有功电流值基础上，附加一个电流修正指令，生成最终的第2阶段有功电流出力指令，即有
I
p2*
＝
I
p2
+u
，其中，
I
p2*
为附加电流修正指令后第2阶段有功电流出力指令，
I
p2
为在第2阶段风机有功电流变化速率控制下的风机有功电流值；
[0019][0020]式中，
u
为风机有功电流修正指令；
ω
为同步调相机与受端系统相对角速度的测量值；
v
为风机并网电压测量值的标幺值；
K2,K3,K4为调节系数，且
K2,K3,K4＞0；
[0021]3)
第3阶段
[0022]a)
划分依据：同步调相机角速度为负；
[0023]b)
控制策略：风机有功立即恢复；
[0024]③
控制退出
[0025]依据风电场场站故障清除后有功恢复时间要求，设置最高恢复时长，当满足
[0026]ω
＝
0,a
＝0[0027]或控制时间大于风场有功恢复时限要求时，控制退出
。
[0028]优选的，设置最高恢复时长为
2s。
[0029]和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：
[0030]本专利技术为基于低穿功率分段恢复的风场调相机暂态稳定性提升方法，根据同步调相机转子动态划分摇摆阶段并制定各阶段风机有功控制策略，对比传统的恒速率斜坡恢复策略，这种“分段治之”的策略可在调相机加速的阶段内削弱风机有功电流恢复带来的负阻尼效应，同时在调相机减速的阶段内为系统提供正阻尼，从而有利于调相机暂态不平衡功率快速衰减至系统稳定；在故障暂态中实时量测各反馈信号，实施紧急控制，与传统按策略表整定或切机切负荷等同步机暂态功角控制策略相比，本专利技术对不同故障及运行场景的适应性更强且代价更小
。
综上所述，本专利技术方法能够提升风电场场站同步调相机的暂态功角稳定性，避免了传统的风机有功恒速率斜坡恢复控制可能导致的调相机功角稳定性变差及恢复慢引发的频率缺额等问题
。
附图说明
[0031]图1是本专利技术方法流程图
。
[0032]图2是本专利技术控制结构图
。
[0033]图3是风电场加同步调相机外送系统结构图
。
[0034]图4是在现有恒速率斜坡恢复策略下，及运用本专利技术控制策略后风电场有功电流随时间变化的波形图
。
[0035]图5是现有恒速率斜坡恢复策略下，及运用本专利技术控制策略后调相机功角随时间变化的波形图
。
具体实施方式
[0036]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明
。
[0037]如图1所示，本专利技术是一种基于低穿功率分段恢复的风场调相机暂态稳定性提升方法，主要包括如下步骤：
[0038]①
获取风场同步调相机角速度
ω
、
角加速度
a
及并网电压参数
。
[0039]②
如图2所示，将步骤
①
获取的同步调相机角速度及角加速度信号送入风机功率外环，根据故障清除后同步调相机角速度与角加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于低穿功率分段恢复的风场调相机暂态稳定性提升方法，其特征在于：通过风电场同步调相机机端频率信号反馈，分阶段调整风机低穿有功电流恢复控制指令，包括：
①
获取风场同步调相机角速度
ω
、
角加速度
a
及并网电压参数；
②
将步骤
①
获取的同步调相机角速度及角加速度信号送入风机功率外环，根据故障清除后同步调相机角速度与角加速度信号的正负，判断转子摇摆过程所处阶段，不同阶段切换不同的有功恢复策略；
1)
第1阶段
a)
划分依据：同步调相机角速度与角加速度均为正；
b)
控制策略：风机有功根据同步调相机角加速度变速率下降，且限制在制定区间，风机有功电流最低降至风机允许的最大不平衡功率处，第1阶段风机有功电流变化速率为式中，为第1阶段风机有功电流变化速率；
a
为同步调相机角加速度；
K1为调节系数，且
K1＞0；
p.u.
代表风机有功电流的标幺值；
2)
第2阶段
a)
划分依据：同步调相机角速度为正，角加速度为负；
b)
控制策略：风机有功根据同步调相机角加速度斜坡恢复，第2阶段风机有功电流变化速率为：式...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨松浩，李秉芳，郝治国，胡艺雯，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：