[發明專利]發電系統、用于抑制次同步振蕩的系統以及用于控制功率系統運行的方法

有效

• 申請號: 201710858081.2
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN109546664B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 顧云杰;王宇翔;劉姣;譚卓輝;大衛·史密斯;任瑋;李武華
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李偉森;楊美靈

本發明公開一種發電系統，其包括雙饋入感應發電機、功率變換器及控制器。雙饋入感應發電機包括轉子與耦合到電網的定子。功率變換器包括耦合到發電機的轉子上的轉子側變換器、耦合到電網的電網側變換器及耦合在轉子側變換器和電網側變換器之間的直流母線。控制器包括用于對轉子側變換器進行控制的轉子側控制器和用于對電網側變換器進行控制的電網側控制器。轉子側控制器包括補償器，補償器具有傳遞函數并且被配置用于對抗發電機的負阻效應以抑制次同步振蕩。本發明還公開了一種用于抑制次同步振蕩的系統以及用于控制功率系統運行的方法。

技術領域

本發明大體涉及次同步振蕩阻尼的領域，尤其涉及一種發電系統、一種用于抑制次同步振蕩的系統以及一種用于控制功率系統運行的方法。

背景技術

發電系統通常包括功率變換器，其用于將輸入功率轉換成適合應用到負載的功率，負載例如發電機、電動機、電網或其他合適的負載。在許多情況下，發電系統可能位于離它所服務的負載很遙遠的區域。通常，這種發電系統通過包括很長傳輸線的電力系統連接到電網。這種傳輸線經常包括一個或多個串聯補償元件(例如一個或多個電容)，從而有利于降低在傳輸線中的無功損耗，因此增加了傳輸線的功率傳遞能力。然而，不幸的是，當發電系統連接到這種串聯補償的傳輸線時，會在低于發電系統的發電機的同步頻率下導致功率-電壓振蕩，這被稱為次同步振蕩(Sub-Synchronous Oscillation，SSO)，發電系統可能會存在次同步不穩定性問題。次同步振蕩會使得系統意外的出錯，導致發電系統的發電機和其他設備的損壞，并且，降低了發電系統的運行可靠性。次同步振蕩特別對于基于雙饋入感應發電機(Double-Fed Induction Generator，DFIG)的發電系統的威脅更大，其原因是由DFIG的運動-感應效應所導致的在次同步頻率下的負阻尼所致。在這種情況下，電力系統將無法提供足夠的阻尼，因此導致發電系統出現不穩定性問題。

因此，有鑒于此，一種如何防止次同步振蕩的需求正變得越來越迫切。

發明內容

本發明的一個方面在于提供一種發電系統。所述發電系統包括雙饋入感應發電機、功率變換器及控制器。所述雙饋入感應發電機包括轉子與耦合到電網的定子。所述功率變換器包括耦合到所述發電機的所述轉子上的轉子側變換器、耦合到所述電網的電網側變換器及耦合在所述轉子側變換器和所述電網側變換器之間的直流母線。所述控制器包括用于對所述轉子側變換器進行控制的轉子側控制器和用于對所述電網側變換器進行控制的電網側控制器。所述轉子側控制器包括補償器，所述補償器具有傳遞函數并且被配置用于對抗所述發電機的負阻效應以抑制次同步振蕩。所述傳遞函數在同步坐標系下被表達為如下：

其中，K代表所述傳遞函數、s代表拉普拉斯算子、j代表虛數單元、ω₀代表所述發電機的定子側的同步頻率、ω_r代表所述轉子的轉速、以及σ₁和σ₂代表用來增強所述發電系統內部穩定性的阻尼參數，并且，σ₁和σ₂基于所述控制器的原始控制能力、所述發電系統的控制對象參數、外部擾動以及所述發電系統的動態響應需求中的一個或多個來確定。

本發明的另一個方面在于提供一種用于抑制次同步振蕩的系統。所述系統包括感應電機、功率變換器和控制器。所述功率變換器包括耦合到所述感應電機的第一變換器和耦合到電網的第二變換器。所述控制器包括用于對所述第一變換器進行控制的第一控制器和用于對所述第二變換器進行控制的第二控制器。所述第一控制器包括補償器，所述補償器具有傳遞函數并且被配置用于對抗所述感應電機的負阻效應以抑制次同步振蕩，其中，所述傳遞函數在同步坐標系下被表達為如下：