[發明專利]安裝多直驅風力發電機并聯風電場附加阻尼控制器的方法

在審

• 申請號: 202110796977.9
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113437760A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 劉克權;邵沖;徐宏雷;王耿;魏博;劉文飛;余姣;李全茂;王錚;周亞維;李振宇;徐磊;高祥;李天壽;楊勇;郝如海;陳仕彬;周治伊;張旭軍;牛浩明;祁瑩;馮文韜
• 申請（專利權）人: 國網甘肅省電力公司電力科學研究院;國網甘肅省電力公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 鄧永紅

本發明公開了安裝多直驅風力發電機并聯風電場附加阻尼控制器的方法，包括以下步驟：步驟1：建立風電場中每一個直驅風力發電機以及風電場所接入電力系統各個動態元件的線性化狀態空間模型；步驟2：建立以第1臺PMSG為“風機子系統”和其余包含N?1臺PMSG的“電力系統其余部分子系統”，構建兩個子系統的互聯模型；將附加阻尼控制器應用到多直驅風力發電機并聯風電場抑制風電場的次同步振蕩具有重要的研究價值；同時，附加阻尼控制器在多直驅風力發電機并聯風電場中安裝地點的選擇也是非常重要的。

技術領域

本發明屬于電氣工程技術領域，尤其涉及安裝多直驅風力發電機并聯風電場附加阻尼控制器的方法。

背景技術

2015年7月1日，新疆哈密地區以直驅永磁同步發電機(permanent magnetsynchronous generator，PMSG)為主力機型的風電場出現了次同步頻率范圍內的持續功率振蕩，并引發臨近兩座火電機組發生軸系扭振，危及電網的安全可靠運行。此外，在風電場輸出電流中還發現超同步分量。隨著風力發電等新能源大規模并網，次同步振蕩問題已成為潛在的風險，若不能及時系統全面地研究應對策略和抑制措施，可能造成巨大的經濟損失，甚至造成大范圍穩定性事故。因此，加強抑制風電場次同步振蕩措施的研究是十分必要且具有實際意義的。

目前，有較多的研究針對抑制風電場次同步振蕩問題，主要分為以下兩種。一是以雙饋感應發電機為主力機型的風電場研究抑制次同步振蕩的主要方法，具體有：1)在柔性交流輸電系統、柔性直流輸電系統的換流站上附加次同步阻尼控制；2)在雙饋風電機轉子側換流器或電網側換流器的控制回路上附加次同步阻尼控制；3)在雙饋風電機轉子側換流器或電網側換流器的控制回路上增設次同步濾波器。二是以PMSG為主力機型的風電場研究抑制次同步振蕩的方法，具體有：1)在PMSG換流器上附加阻尼控制器抑制臨近汽輪發電機與串補裝置作用引發的次同步振蕩；2)優化直驅風電場鎖相環參數以降低風電場發生次同步振蕩的風險。然而，現階段大多數關于附加阻尼控制器抑制風電場次同步振蕩的研究都是將風電場等效成一臺風電機，如何將等效成一臺風電機的附加阻尼控制器安裝方法映射到含有多臺風機的實際風電場中，目前這類工作還處于待研究狀態。因此，將附加阻尼控制器應用到多直驅風力發電機并聯風電場抑制風電場的次同步振蕩具有重要的研究價值。同時，附加阻尼控制器在多直驅風力發電機并聯風電場中安裝地點的選擇也是非常重要的。

開環模式諧振是將一個閉環系統劃分為兩個互聯的子系統，即只包含一臺風機的“風機子系統”以及包含其余風機在內的“電力系統其余部分子系統”，當兩個子系統的模式相互靠近時，可能會引發閉環系統的失穩，即發生開環模式諧振。因此，本發明考慮使用開環模式諧振分析方法尋找安裝附加阻尼控制器的最佳位置，達到抑制風電場系統次同步振蕩的目的。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提出了安裝多直驅風力發電機并聯風電場附加阻尼控制器的方法，包括以下步驟：

步驟1：建立風電場中每一個直驅風力發電機以及風電場所接入電力系統各個動態元件的線性化狀態空間模型；

步驟2：首先，建立以第1臺PMSG為“風機子系統”和其余包含N-1臺PMSG的“電力系統其余部分子系統”，構建兩個子系統的互聯模型；

步驟3：此時如果兩個子系統發生開環模式諧振，根據兩個開環子系統的留數預估閉環振蕩模式，如果預估閉環振蕩模式阻尼為負，此時多PMSG并聯風電場系統發生開環模式諧振導致閉環系統失穩，則將附加阻尼控制器安裝在第1臺PMSG上抑制多PMSG并聯風電場系統的次同步振蕩；

步驟4：如果預估閉環振蕩模式阻尼依然為正，此時多PMSG并聯風電場系統發生開環模式諧振并未導致閉環系統失穩。此外，如果多PMSG并聯風電場系統沒有發生開環模式諧振，閉環系統穩定。則將第2臺PMSG作為“風機子系統”，其余包含N-1臺PMSG的“電力系統其余部分子系統”，構建兩個子系統的互聯模型；