[發(fā)明專利]計(jì)及頻率耦合效應(yīng)的雙饋并網(wǎng)系統(tǒng)次同步振蕩分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010340956.1
• 申請日: 2020-04-26
• 公開（公告）號: CN111525611B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 舒進(jìn);張濤;都勁松;楊俊;牛坤;蔣昊;馬晉輝;蔣成文;王靖程;喬越
• 申請（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司;華能集團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02J3/01
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 弋才富

1.計(jì)及頻率耦合效應(yīng)的雙饋并網(wǎng)系統(tǒng)次同步振蕩分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：輸入雙饋風(fēng)機(jī)參數(shù)；

獲取以下雙饋并網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)，包括：風(fēng)機(jī)并網(wǎng)電壓V₁、鎖相環(huán)PI參數(shù)K_pp，K_pi、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流內(nèi)環(huán)PI參數(shù)K_p，K_i，消除dq軸耦合的前饋常數(shù)K_d、風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)軸頻率ω_r、輸電系統(tǒng)電阻R_L、電感L_L、變壓器電感L_T、串聯(lián)補(bǔ)償電容C_L；步驟2：建立雙饋式風(fēng)機(jī)外阻抗解析模型；

基于諧波線性化方法建立雙饋式風(fēng)機(jī)外阻抗解析模型，根據(jù)步驟1中獲取的風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)軸頻率ω_r判斷風(fēng)機(jī)為次同步運(yùn)行狀態(tài)或者超同步運(yùn)行狀態(tài)；

步驟3：計(jì)算雙饋系統(tǒng)次同步振蕩頻率耦合分量；

步驟4：結(jié)合并網(wǎng)參數(shù)推導(dǎo)目標(biāo)系統(tǒng)對應(yīng)的極點(diǎn)判據(jù)方程；

根據(jù)步驟2推導(dǎo)的雙饋風(fēng)機(jī)外阻抗解析表達(dá)式和步驟1獲取的并網(wǎng)參數(shù)，推導(dǎo)出目標(biāo)系統(tǒng)對應(yīng)的具體極點(diǎn)判據(jù)方程F(s)；

步驟5：根據(jù)極點(diǎn)判斷雙饋并網(wǎng)系統(tǒng)次同步振蕩穩(wěn)定性；

由步驟4推導(dǎo)的系統(tǒng)極點(diǎn)判據(jù)方程計(jì)算出系統(tǒng)極點(diǎn)進(jìn)而定量判斷系統(tǒng)次同步振蕩穩(wěn)定性:計(jì)算出目標(biāo)系統(tǒng)的極點(diǎn)，根據(jù)穩(wěn)定性理論，極點(diǎn)虛部代表可能的振蕩角頻率，實(shí)部代表對應(yīng)的系統(tǒng)阻尼；因?yàn)榉匠屉A數(shù)高，可能會計(jì)算出多個(gè)極點(diǎn)，進(jìn)行篩選時(shí)需要剔除對應(yīng)頻率在工頻附近的極點(diǎn)；

根據(jù)極點(diǎn)虛部即可計(jì)算出系統(tǒng)可能的振蕩頻率，若極點(diǎn)實(shí)部小于零，為正阻尼，系統(tǒng)穩(wěn)定；實(shí)部大于零，為負(fù)阻尼，系統(tǒng)有發(fā)生次同步振蕩的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，根據(jù)實(shí)部絕對值的大小，可以定量評估系統(tǒng)次同步振蕩的風(fēng)險(xiǎn)程度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)及頻率耦合效應(yīng)的雙饋并網(wǎng)系統(tǒng)次同步振蕩分析方法，其特征在于，所述的步驟2具體為：

當(dāng)電網(wǎng)電壓存在擾動時(shí)，僅考慮正序擾動，設(shè)A相電壓為：

v_sa(t)＝V₁cos(ω₁t+θ_v)+V_pcos(ω_pt+θ_vp)(1)

式中，V₁、V_p分別為工頻和擾動電壓幅值；ω₁、ω_p分別為工頻和擾動電壓頻率；θ_v、θ_vp分別為工頻和擾動電壓相位；

其頻域表達(dá)式為：基波分量正序擾動電壓

由于頻率耦合效應(yīng)，派克變換中會存在f_p和頻率2f₁-f_p的誤差：

式中：θ_PLL為鎖相環(huán)輸出角度，H_PLL(s)＝(K_pp+K_pi/s)/s，K_pp，K_pi分別為鎖相環(huán)比例和積分常數(shù)；

當(dāng)電網(wǎng)側(cè)電壓存在f_p諧波時(shí)，風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電流會同時(shí)存在f_p和2f₁-f_p頻率的諧波電流，設(shè)對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流時(shí)域表達(dá)式為：

i_ra(t)＝I_r1cos[(ω₁-ω_m)t+θ_i]+I_rpcos[(ω_p-ω_m)t+θ_rp]+I_rp2cos[(2ω₁-ω_p-ω_m)t+θ_rp2](3)

式中，I_r1、I_rp、I_rp2分別為轉(zhuǎn)子基頻以及擾動電流和對應(yīng)的耦合頻率電流幅值；θ_i、θ_rp、θ_rp2分別為三者的初相；ω_m為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速；

將式(3)與式(2)卷積，忽略二次小項(xiàng)可得經(jīng)派克變換后的dq軸轉(zhuǎn)子電流I_rd、I_rq頻域表達(dá)式：

根據(jù)雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器內(nèi)環(huán)控制策略，電流擾動會在轉(zhuǎn)子dq軸參考電壓U_rd,ref、U_rq,ref上造成如下擾動：

式中：H_r(s)＝K_p+K_i/s，其中K_p，K_i分別為電流內(nèi)環(huán)的比例和積分常數(shù)；K_d為為消除dq軸耦合的前饋常數(shù)；

分析式(5)中的頻率分量可知，其含有直流分量和±(f_p-f₁)頻率分量V_rd,ref[f_p-f₁]、V_rq,ref[f_p-f₁]；考慮到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)下，dq軸電流的直流分量U_rd、U_rq與其參考值V_rd,ref[dc]、V_rq,ref[dc]相等，則這兩個(gè)分量表達(dá)式分別為：

三相電壓參考值由dq軸電壓參考值經(jīng)坐標(biāo)反變換后得到，利用卷積可得SPWM輸入A相參考電壓V_ra,ref頻域表達(dá)式為：

忽略電力電子器件開關(guān)動態(tài)誤差，可認(rèn)為雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子輸出電壓等于參考電壓，即：

根據(jù)雙饋風(fēng)機(jī)電路結(jié)構(gòu)，依據(jù)電路定律結(jié)合電機(jī)感應(yīng)關(guān)系可得出定子電壓、輸出電流及轉(zhuǎn)子電壓三者之間滿足

式中，R_s、R_r、L_s、L_r分別為雙饋風(fēng)機(jī)定子轉(zhuǎn)子電阻、低昂轉(zhuǎn)子電感；k為定轉(zhuǎn)子匝數(shù)比；σ_p(s)為對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率；i_sa、i_sb、i_sc分別為定子三相電流；

考慮到定子電壓中只含有f_p諧波電壓分量，將上式中重寫為只含有f_p分量的頻域表達(dá)式：

1)當(dāng)雙饋風(fēng)機(jī)定子側(cè)的擾動電壓感應(yīng)至轉(zhuǎn)子繞組時(shí)，當(dāng)f_pf_m時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的擾動電壓相序?yàn)樨?fù)序；2)雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)鎖相環(huán)輸出角度為θ₁-θ_m，因此對于不同運(yùn)行狀態(tài)，風(fēng)機(jī)表現(xiàn)出的外阻抗特性不同；

聯(lián)立式(8)和式(12)，考慮到雙饋風(fēng)機(jī)的外阻抗為Z_p＝-V_p/I_p，則可以推導(dǎo)出次同步頻段內(nèi)雙饋風(fēng)機(jī)的外阻抗Z_p1、Z_p2表達(dá)式；

對于次同步運(yùn)行狀態(tài)(θ₁＞θ_m)：

對于超同步運(yùn)行狀態(tài)(θ₁＜θ_m)：

當(dāng)θ₁＝θ_m時(shí)，式(13)和式(14)相等；與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器相比，網(wǎng)側(cè)變流器對風(fēng)機(jī)的次同步諧波阻抗幾乎無影響，因而此處不考慮網(wǎng)側(cè)變流器。