[發明專利]適用于新能源并網系統的實時穩定控制裝置

有效

• 申請號: 202010347260.1
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111525612B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 馮雙;王克;雷家興;湯奕
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02J3/01
• 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

本發明公開了一種適用于新能源并網系統的實時穩定控制裝置，該裝置安裝于新能源電站和待接入的電力系統之間，硬件部分由串聯電壓注入、并聯電流注入、電量采集和實時控制器等電路模塊構成，軟件部分由掃頻諧波計算、實時阻抗分析、弱阻尼區域判別、阻抗矯正計算、振蕩信號提取、補償信號計算等模塊。本裝置通過持續的掃頻諧波信號注入，實時計算新能源電站和電力系統的阻抗，在線確定系統的弱阻尼區域，通過串聯補償信號和并聯補償信號的注入，實時矯正系統在全頻段的阻抗，使得系統始終保持穩定。本裝置可以有效預防新能源并入電力系統時的寬頻振蕩，具有較好的實時性，且無需更改新能源電站中并網變流器的控制方式。

技術領域

本發明涉及新能源并網系統的穩定控制領域，特別是涉及一種適用于新能源并網系統的實時穩定控制裝置。

背景技術

以風電、光伏為代表的新能源近年來快速發展，我國新能源裝機總容量已位居世界首位。新能源多采用并網變流器接入電網，由于并網控制具有靈活度高、響應速度快的優勢，為新能源并入電網提供了便利，其在電力系統中的滲透水平也不斷提高。與此同時，并網變流器具有的“低慣性、非線性、多時間控制尺度”等特征也使得新能源并網系統中各元件發生更復雜的交互作用，系統振蕩頻率也比傳統電力系統的寬得多，最低可至5Hz以下、最高可達2kHz以上。近年來，國內外發生了多起寬頻振蕩事故，造成機組大規模脫網、設備損壞等嚴重后果，危害系統安全穩定運行。因此，寬頻振蕩已成為制約新能源更大規模入網的關鍵障礙之一，引起國內外學術界和產業界的廣泛重視。

阻抗重塑是抑制寬頻振蕩的最有效的措施之一，吸引了國內外學術界和產業界的廣泛關注。阻抗重塑抑制寬頻振蕩的基本原理是通過修正電力系統的阻抗，使得系統中的極點始終具有較好的阻尼。目前研究人員主要通過改進新能源電站中的并網變流器控制算法來實現并網變流器的阻抗重塑。盡管在理論上可以改善穩定性，但現有方法存在如下缺點：

1)在并網變流器自身并網控制策略的限制下，阻抗重塑的空間受限。并網變流器的控制系統需滿足新能源發電和并網的控制需求，結構相對固定。現有方法主要通過控制參數實現變流器的阻抗重塑，控制參數的調節空間較小。

2)現有方法大多在振蕩發生之后才對變流器的阻抗進行重塑，實時性不高。現有方法一般在振蕩發生之后，檢測振蕩頻率并進行阻抗重塑。此時振蕩已在電力系統中傳播并造成一定影響。

3)現有方法需要對新能源電站中的所有變流器進行阻抗重塑，涉及面太廣，實現過程中未知風險大。新能源電站一般包含數百以上并網變流器，若要對每一個并網變流器進行阻抗重塑，相互之間的交叉耦合、同步控制會產生未知風險。

4)現有方法需要并網變流器具備阻抗重塑的功能，對設備制造商有較高要求。一般而言，新能源設備制造商只關注并網控制，且不同的廠商生產的并網變流器也有較大差異。因此，現有方法在實際施行中存在一定難度。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種不依賴于并網變流器的、實時的、可以在寬頻振蕩發生之前即可改善系統穩定性的裝置。

技術方案：為達到此目的，本發明的適用于新能源并網系統的實時穩定控制裝置安裝于新能源電站及其待接入電力系統之間，且包括串聯電壓注入電路、并聯電流注入電路、電量采集電路和實時控制器，所述實時控制器周期性地執行如下步驟：

1)計算串聯電壓注入電路需注入的初始諧波電壓u_s0、并聯電壓注入電路需注入的初始諧波電流i_p0，根據u_s0和i_p0分別產生參考電壓信號u_s^*和參考電流信號i_p^*，以使串聯電壓注入電路響應于u_s^*而注入的串聯電壓與u_s0相同，且使并聯電流注入電路響應于i_p^*而注入的并聯電流與i_p0相同；