[發明專利]基于虛擬阻抗控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法

有效

• 申請號: 201710378737.0
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107017646B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 吳熙;寧威
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于虛擬阻抗控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法，將雙饋風機轉子電流的dq軸分量作為輸入信號，經帶通濾波器濾除低頻分量與基頻分量后得到次同步電流分量；該電流分量經比例放大器與微分環節在轉子回路引入一個虛擬阻抗，進而起到增大次同步振蕩阻尼，抑制次同步振蕩的作用。本發明從轉子控制器結構出發，研究轉子電流和轉子控制器輸出電壓的關系，得到轉子側控制器的等效電阻，即虛擬電阻值；然后利用雙饋風機轉子電流傳遞函數模型求解得到虛擬阻抗控制所需的虛擬電感值。本發明的優點是參數配置方法簡單，物理概念清晰，且對虛擬電阻控制策略進行了改良，適應性較強，控制成本低，能有效抑制一定程度的次同步振蕩。

技術領域

本發明屬于電力系統穩定與控制領域，尤其涉及一種基于虛擬阻抗控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法。

背景技術

大型集群風電接入是中國電網的發展方向。由于風能具有地域性的特點，我國的風能資源與負荷中心整體又呈逆向分布，風電的大規模、高電壓、遠距離輸送必不可少。串聯電容補償是解決電力遠距離送出的經濟有效的措施之一，也是目前風電并網遠距離送出的主要措施。火電經由串聯補償輸送容易引發次同步諧振的問題，已經為人們所熟知；雙饋風電場經串聯補償輸電線路接入電網時也存在著次同步振蕩問題，如2009年在美國德克薩斯州ERCOT地區的雙饋風電機組發生了次同步振蕩事故。

附加阻尼控制是抑制次同步振蕩的有效手段之一，相比于其他控制方法，附加勵磁阻尼控制具有如下優點：(1)經濟性良好，附加勵磁阻尼控制屬于二次設備，成本遠低于可控串補(TCSC)和阻塞濾波器等一次設備；(2)安裝、維護、調試方便，PSS可數字化、模塊化實現，占地面積小，方便安裝、調試和維護。相反，TCSC、靜止無功補償器(SVC)和阻塞濾波器等一次設備須接入高壓電網，不僅體積大、占地廣，而且還涉及絕緣問題，安裝、調試和維護工作量大。

現有研究中，風電外送系統次同步振蕩抑制方法多基于經典的相位補償控制理論，設計安裝在雙饋風電機組控制器中的附加阻尼控制器，用于抑制次同步振蕩的阻尼控制器一般至少包含濾波環節，控制器增益環節和相位補償環節。但控制器結構相對較為復雜，其參數配置過于繁瑣，需要通過反復時域仿真試驗來獲得，且缺乏清晰的物理概念。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種基于虛擬阻抗控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法，以抑制含串聯電容補償輸電線路的雙饋風電外送系統中的次同步振蕩，仿真實例表明，該方法能有效抑制次同步振蕩。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于虛擬阻抗控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法，具體包括以下步驟：

(1)采集雙饋風機轉子電流的dq軸分量，采用帶通濾波器進行濾波處理，濾除低頻分量與基頻分量后得到次同步電流分量；

(2)將所得的轉子次同步電流分量經比例環節與微分環節生成轉子控制器附加信號；

(3)該附加信號在轉子回路引入一個虛擬阻抗，起到增大次同步振蕩阻尼，抑制次同步振蕩的作用。

步驟(3)中虛擬阻抗的計算方法為：

(1)從轉子控制器結構出發，研究轉子電流和轉子控制器輸出電壓的關系，得到轉子側控制器的等效電阻，即虛擬電阻值；

(2)在得到虛擬電阻的基礎上，利用含虛擬阻抗控制器的雙饋風機轉子電流傳遞函數模型求解得到虛擬阻抗控制所需的虛擬電感值。

虛擬阻抗的具體計算步驟為：

轉子側控制器的輸出電壓方程為：