[發明專利]一種利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法

有效

• 申請號: 201110175859.2
• 申請日: 2011-06-28
• 公開（公告）號: CN102255325A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 鄭超;雷虹云;馬世英;宋云亭;唐曉駿;丁劍;陳得治;張志強;尚慧玉;張鑫
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及一種電力系統領域的方法，具體涉及一種利用附加阻尼控制器調制風電機組提高大型風電場并網系統低頻振蕩阻尼特性的方法。

背景技術

風能利用的潛力巨大，陸地和海上風能的可開發裝機總容量達到大約7～12億kW，最新評估報告提出的數據甚至可達25億kW以上。我國政府關于風電發展的承諾中，一項重要的組成部分就是建設七大“千萬千瓦級風電基地”。七大風電基地分別位于內蒙古東部和西部、新疆哈密、甘肅酒泉、河北、吉林西部和江蘇沿岸及近海地帶。隨著風電場的大規模發展，風電機組的研究、制造與應用水平也在不斷提高，從過去對風能利用效率不高的恒速風機發展到追求風能最大轉換效率的變速恒頻風電機組。其中，基于雙饋感應發電機的兆瓦級風電機組因其在運行方面表現的諸多優點，已成為當前風電市場的主流機型。

與歐洲發達國家風電分布式分散接入電網不同，我國風電采用“大規模、高集中”的開發模式和“大容量、高電壓、遠距離”的輸送模式。在我國新疆哈密和甘肅河西走廊，具有豐富的風力資源，同時也是我國重要的煤炭基地，將該地區的風電與火電打捆外送，可以彌補風功率出力不確定性，造成大容量外送輸電通道設備利用效率偏低等不利影響，保證能源供應的穩定性和電力系統運營經濟性。然而，遠距離大容量電力外送，系統振蕩阻尼特性將會減弱，受故障或風功率波動擾動，系統易出現低頻振蕩，危機電網安全穩定運行。通過加強輸電網或安裝靈活交流輸電等一次裝置，雖能提高系統的振蕩阻尼，但會面臨巨額投資。

通過控制雙饋風電機組轉子勵磁電流，可快速調節其輸出功率水平。另一方面，由于風功率波動特點，風機可在較大的出力范圍內連續、穩定運行。因此，利用附加功率控制器對系統受擾后的風機出力進行調節，通過風電場吞吐系統振蕩能量，則能夠達到抑制系統低頻振蕩、快速恢復系統穩定的目的，實現提高風火打捆大容量外送系統的安全穩定水平和輸電能力。利用大容量風電場附加阻尼控制改善電網動態特性，具有較好的經濟性和廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用附加阻尼控制器調制風電機組有功出力，提高大型風電場并網系統低頻振蕩阻尼特性的方法。依據雙饋風電機組最優轉速控制的基本原理，引入交流電網受擾后低頻振蕩特征信號設計附加阻尼控制器，阻尼控制器輸出為風機控制轉速的調制分量，通過對風機轉速控制實現其有功出力調節，從而達到抑制電網振蕩的效果。

本發明采用下述技術方案予以實現：

一種利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其改進之處在于，設計并網風電場和風電機組的阻尼控制器抑制并網系統低頻振蕩，所述方法包括以下步驟：

(1)采用電力系統仿真計算工具，建立風電機組及大型風電場并網系統的仿真模型；

(2)在風電機組最優轉速控制系統中，施加頻率范圍為0.05-1.5Hz的低頻振蕩信號，通過傅里葉分析，求取外送交流通道有功功率與轉速控制信號間的開環傳遞函數；基于所述開環傳遞函數以及所述電力系統目標極點設計風電機組附加阻尼控制器，并整定所述附加阻尼控制器參數；

(3)對風電場并網系統施加三相短路大擾動，校核不同運行條件下風機附加阻尼控制器對抑制電力系統低頻振蕩的效果；

(4)根據步驟(3)中附加阻尼控制器抑制電力系統低頻振蕩仿真計算的效果，微調控制器參數，進一步優化所述電力系統低頻振蕩阻尼特性。

本發明提供的一種優選的技術方案是：所述步驟(1)中，所述風電機組模型包括風功率系統、風力發電機及風力發電機控制系統模型；所述交流電網中火電機組和水電機組均采用計及調節器的詳細模型；雙饋風機轉子側控制系統采用基于定子磁鏈定向的功率解耦控制，定子側采用基于電網電壓定向的功率解耦控制。

本發明提供的第二優選的技術方案是：所述步驟(2)中，在風電機組最優轉速控制系統中，將頻率范圍為0.05-1.5Hz，增量為0.05Hz的低頻小幅值振蕩信號Δω疊加至控制轉速參考值ω_ref上，即：

啟動仿真計算直至系統進入穩態，提取公共周期內Δω變化數據和包含電力系統低頻振蕩特征信息的外送交流線路有功功率信號P_l數據，對Δω和P_l進行傅里葉分解，得到不同頻率下的相量信號和計算出不同頻率下的幅頻和相頻特性，即：