[發明專利]一種雙饋風機同步機系統以及抑制同步發電機振蕩的方法

有效

• 申請號: 201710483570.4
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107276120B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 袁小明;何維;孫榮鑫;饒環宇;苗淼;黃晨輝
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;國網青海省電力公司經濟技術研究院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明公開了一種雙饋風機同步機系統以及抑制同步發電機振蕩的方法；通過鎖相環檢測電網電壓得到電網電壓的dq軸分量信號，通過兩個不同誤差放大器和相位補償器單元的處理得到兩個補償信號；兩個補償信號分別作為風力發電機轉子側變流器電流控制的前饋，加到轉子電流dq軸分量的指令值上，用來分別補償轉子電流的dq分量。通過對轉子電流的補償控制，來控制雙饋風機的內電勢幅值相位，通過輸電線路進一步影響同步電機內電勢的幅值相位，達到抑制同步發電機的振蕩的作用。由于電流環的相應速度快，電子電流dq分量能快速跟蹤指令值，故在同步發電機發生振蕩時，能快速提取振蕩信號，并且通過附加穩定信號快速對同步機轉子的振蕩提供正阻尼。

技術領域

本發明屬于新能源發電領域，更具體地，涉及一種雙饋風機同步機系統以及抑制同步發電機振蕩的方法。

背景技術

自2010年以來中國已經成為世界第一的能源生產國和消費國，然而，不理想的能源消費結構，導致中國同時面臨著嚴峻的能源問題。一方面，我國煤炭和石油的供給存在安全風險問題。從能源供給層面看，中國的能源形勢隨著需求總量的迅速增長、對外依存度不斷上升而更加脆弱。另一方面，煤炭和石油的大量消費，造成了嚴重的環境問題。我國自2008年以來已經成為世界第一大碳排放國。我國霧霾的問題，其主要成因也是由于大量的煤炭和石油使用。根據2016年簽訂的《巴黎氣候協定》，中國提出將于2030年左右，使二氧化碳排放達到峰值，并爭取盡早實現。2030年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60％-65％，非化石能源占一次能源消費比重達到20％左右。可以看到，減少煤炭等化石能源消費比重已經成為未來國家的發展方向。可再生能源的使用是解決這一問題的重要措施。其中，風力發電是可再生能源中的最具潛力的一種形式。

我國的風力發電盡管起步較晚，但發展迅猛。據統計，我國可開發利用的風能儲量約10億千瓦，其中，陸地上風能儲量約2.53億千瓦(按陸地上離地10米高度資料計算)，海上可開發和利用的風能儲量約7.5億千瓦。根據國家能源局統計，至2016年底，我國并網風力發電機組容量達到14864萬千瓦，占并網機組容量的9.03％，發電量近年來穩步提高，2016年風力發電電量占比已達到4％。由于我國風力資源分布不均，大量高品質風資源集中于西北地區、東北地區。特別的，在內蒙古、新疆、甘肅，風力發電裝機分別占其全省總裝機的23.15％、22.91％、26.9％；在整個西北五省電網中，累計并網風電占其全網總裝機的19.6％。可以看到，在我國西北、東北部地區中風電的比例已經相當高。局部電網中風電已成為主要的電源。隨著風力發電在電力系統中的比例日益提高，其對電力系統的動態過程與穩定的影響也逐漸顯現，成為行業內關注的焦點。特別的，近年來發生多起風電脫網事故，已經嚴重威脅了電力系統的安全穩定運行。研究風力發電的特性及其對電力系統安全穩定的影響已經成為迫切的需求

由于在傳統電力系統中，同步發電機作為主要，甚至唯一的電源，其動態特性直接決定了系統的動態特性。隨著風電滲透率的提高，情況則有所不同。風力發電機對同步發電機低頻振蕩的影響需要有更深的認識。一方面，一些研究結果發現隨著雙饋風力發電機滲透率和出力的增加，系統的阻尼逐漸變強，認為這正是由于雙饋風力發電機本身作為一臺異步發電機，其產生了滑差功率向系統提供了正阻尼導致的。另一方面，一些研究發現通過替換同步發電機的方式，發現隨著風電滲透率提高，會引起系統阻尼下降，認為這是由于潮流提高引起的，因為靈敏度分析發現阻尼對風力發電機的靈敏度很低，快速電壓控制對系統阻尼也沒有實質性改變。在另一些研究中，則認為風力發電機既可能增強阻尼也可能削弱阻尼。不同的研究得到了相互矛盾的結果，這是由于對比的條件所造成的。若在系統中增加風力發電機，會造成拓撲和潮流的變化，這本身就會引起同步發電機阻尼的變化；而若替換等容量的同步發電機，但由于同步發電機對同步發電機就會造成阻尼的影響，這也難以說明風力發電機接入后對系統阻尼變化到底產生了什么樣的影響。因此，從邏輯上來說，需要找一個對系統沒有阻尼影響的參照情景。

綜上所述，風力發電機的特性豐富，其對同步發電機的阻尼影響好壞都是有可能的。對于風力發電機對同步發電機產生影響的機理和物理過程，是更需要進一步研究的。

發明內容