通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的方法及装置。所述方法包括确定双馈风机转子的转速信号和次同步谐振频率；根据电磁转矩变化量与转速变化量的关系式的幅频特性和相频特性确定附加控制器，其中，所述附加控制器包括带通滤波模块和移相模块；通过使所述转速信号乘以附加控制器的传递函数得到附加控制信号；将所述附加控制信号注入定子侧变流器，使所述附加控制信号与所述定子侧变流器的原输出信号叠加，以生成抑制次同步谐振的附加转矩，其中所述附加转矩与转速变化量的相位差的取值范围为90度至270度。本发明专利技术达到了抑制双馈风机串补输电系统中发生的次同步谐振的效果。

【技术实现步骤摘要】
通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的方法及装置
本专利技术涉及电力系统控制
，尤其涉及通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的方法及装置。
技术介绍
串联电容补偿可显著提高线路输送能力和暂态稳定性，在远距离风电外送中得以应用，但同时也存在诱发次同步谐振(SubSynchrousResonance，英文简称为SSR)的风险。风电场SSR问题得到了学术界和工业界的广泛关注。大量研究表明相比于其他类型的机组，双馈风力发电机组更容易引起SSR问题。SSR不稳定是由于双馈风力发电机组、电力电子变流器控制系统和串补输电线路之间的相互作用造成的。现有的方案是在输电线路中加入可控的晶闸管阀，由串联电容器组和晶闸管阀控制的电感并联构成可控串补装置。通过控制晶闸管阀中晶闸管的导通或关断来实现对可控串补装置总阻抗的平滑控制，进而有效地抑制系统的次同步谐振。然而，通过该方式必然要增加可控串补装置，需要在现有的线路上相应的增加硬件设备，增加了现有线路改进的复杂度和设备成本。
技术实现思路
本专利技术提供一种通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的方法及装置，以提供一种通过改变双馈风机定子侧变流器控制策略以抑制次同步谐振的方式。第一方面，本专利技术实施例提供了通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的方法，包括：确定双馈风机转子的转速信号和次同步谐振频率；根据电磁转矩变化量与转速变化量的关系式的幅频特性和相频特性确定附加控制器，其中，所述附加控制器包括带通滤波模块和移相模块；通过使所述转速信号乘以附加控制器的传递函数得到附加控制信号；将所述附加控制信号注入定子侧变流器，使所述附加控制信号与所述定子侧变流器的原输出信号叠加，以生成抑制次同步谐振的附加转矩，其中所述附加转矩与转速变化量的相位差的取值范围为90度至270度。第二方面，本专利技术实施例还提供了通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的装置，该装置包括：信号确定单元，用于确定双馈风机转子的转速信号和次同步谐振频率；附加控制器确定单元，用于根据电磁转矩变化量与转速变化量的关系式的幅频特性和相频特性确定附加控制器，其中，所述附加控制器包括带通滤波模块和移相模块；附加控制信号确定单元，用于通过使所述转速信号乘以附加控制器的传递函数得到附加控制信号；附加转矩确定单元，用于将所述附加控制信号注入定子侧变流器，使所述附加控制信号与所述定子侧变流器的原输出信号叠加，以生成抑制次同步谐振的附加转矩，其中所述附加转矩与转速变化量的相位差的取值范围为90度至270度。本专利技术通过确定双馈风机转子的转速信号和次同步谐振频率；根据电磁转矩变化量与转速变化量的关系式的幅频特性和相频特性确定附加控制器；通过使所述转速信号乘以附加控制器的传递函数得到附加控制信号。将附加控制信号注入定子侧变流器，使附加控制信号与定子侧变流器的原输出信号叠加，以生成抑制次同步谐振的附加转矩，其中附加转矩与转速变化量的相位差的取值范围为90度至270度。本专利技术解决现有次同步谐振抑制方式中需要改进硬件设备，增加施工复杂度及设备成本的问题，通过改变双馈风机自身定子侧变流器的控制策略，实现了抑制双馈风机串补输电系统中发生的次同步谐振的目的。附图说明图1a是本专利技术实施例一中的通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的方法流程图；图1b是本专利技术实施例一中的双馈风机串补输电系统示意图；图1c是本专利技术实施例一中的双馈风机定子侧变流器控制策略图；图1d是本专利技术实施例一中的附加转矩抑制次同步谐振的原理图；图2是本专利技术实施例二中的另一种双馈风机定子侧变流器控制策略图；图3是本专利技术实施例三中的通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一根据双馈变流器的控制策略以及硬件组成，可以选择在转子侧变流器中附加阻尼控制策略，还可以选择在定子侧变流器中附加阻尼控制策略。例如，可以根据不同厂家生产的双馈变流器的硬件组成或控制策略不同，确定是在转子侧变流器中附加阻尼控制策略，还是在定子侧变流器中附加阻尼控制策略。图1a为本专利技术实施例一提供的通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的方法流程图。本实施例可适用于在双馈风机定子侧变流器中增加附加控制器，实现抑制次同步谐振的情况。该方法可以由通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的装置来执行，该装置被配置于风力发电机的定子侧变流器中。所述双馈风机定子侧变流器的控制方法具体包括如下步骤：步骤110、确定双馈风机转子的转速信号和次同步谐振频率。双馈风机串补输电系统如图1b所示，其中，er，es为分别为转子和定子的感应电动势，ucr，ucg分别为转子侧变流器和定子侧变流器的输出电压，Rr，Rs为异步电机转子和定子绕组的电阻，Rcr和Lcr为转子侧变流器(RSC，RotorSideConvertor)连接电抗的等效电阻和电感，Rcg和Lcg为定子侧变流器(GSC，GridSideConvertor)连接电抗的等效电阻和电感，Tg为等效升压变压器，Rg、Lg和Cg分别为串补输电系统的等效电阻、电感和电容。本专利技术中，可以通过速度传感器检测双馈风机转子的转速，但是，并不限于通过速度传感器的方式检测双馈风机转子的转速。将双馈风机以及与其相连的串补输电系统的谐振频率称为次同步谐振频率。由于串补输电系统的串补度已知，本专利技术可以根据串补输电系统的串补度、等效电感、等效电容和等效电阻计算次同步谐振频率。可选的，还可以通过分析故障录波器记录的波形得到此同步谐振频率。步骤120、根据电磁转矩变化量与转速变化量的关系式的幅频特性和相频特性确定附加控制器。由于，风力发电机中异步电机的电磁转矩的关系式为：Te＝-npLm(isqird-isdirq)⑴其中，np为极对数，isd，isq，ird，irq分别为定子d轴电流、定子q轴电流、转子d轴电流以及转子q轴电流，Lm为定转子之间的互感。将上式线性化，可以得到：ΔTe＝-npLm(isq0Δird-isd0Δirq)-npLm(ird0Δisq-irq0Δisd)＝ΔTes+ΔTer⑵其中，isd0，isq0，ird0，irq0分别为稳态时dq轴定子电流以及稳态时dq轴转子电流；Δird，Δirq，Δisd，Δisq分别为dq轴转子电流变化量以及dq轴定子电流变化量。又因为，可以通过异步电机的磁链方程，楞次定律及拉氏变换确定转速变化量对应的定子dq轴的感应电动势的变化量及转子dq轴的感应电动势的变化量。根据所述定子感应电动势的变化量、定子及定子变流器电路方程、定子变流器控制策略方程和双馈风机输出的机端电流方程，确定定子电流变化量。根据所述转子感应电动势变化量、转子及转子变流器电路方程和转子变流器控制策略方程，确定转子电流变化量。将所述转子稳态电流(稳态时dq轴转子电流)、定子稳态电流(稳态时dq轴定子电流)、转子电流变化量(dq轴转子电流变化量)和定子电流变化量(dq轴定子电流变化量)带入线性化后的电磁转矩公式，确定电磁转矩变化量与转速变化量的关系式。为了便于确定转速信号变本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的方法，其特征在于，包括：确定双馈风机转子的转速信号和次同步谐振频率；根据电磁转矩变化量与转速变化量的关系式的幅频特性和相频特性确定附加控制器，其中，所述附加控制器包括带通滤波模块和移相模块；通过使所述转速信号乘以附加控制器的传递函数得到附加控制信号；将所述附加控制信号注入定子侧变流器，使所述附加控制信号与所述定子侧变流器的原输出信号叠加，以生成抑制次同步谐振的附加转矩，其中所述附加转矩与转速变化量的相位差的取值范围为90度至270度。

【技术特征摘要】
1.通过双馈风机定子侧变流器抑制次同步谐振的方法，其特征在于，包括：确定双馈风机转子的转速信号和次同步谐振频率；根据电磁转矩变化量与转速变化量的关系式的幅频特性和相频特性确定附加控制器，其中，所述附加控制器包括带通滤波模块和移相模块；通过使所述转速信号乘以附加控制器的传递函数得到附加控制信号；将所述附加控制信号注入定子侧变流器，使所述附加控制信号与所述定子侧变流器的原输出信号叠加，以生成抑制次同步谐振的附加转矩；其中，所述根据电磁转矩变化量与转速变化量的关系式的幅频特性和相频特性确定附加控制器，包括：根据所述次同步谐振频率确定所述带通滤波模块的传递函数的特征角频率，以通过所述带通滤波模块增强所述关系式在所述次同步谐振频率下的幅值增益；根据所述相频特性确定移相模块的传递函数，以通过所述移相模块调整所述关系式的相位增益，使生成的附加转矩与转速变化量的相位差在90度至270度的范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据电磁转矩变化量与转速变化量的关系式的幅频特性和相频特性确定附加控制器之前，还包括：确定所述转速变化量对应的定子感应电动势的变化量及转子感应电动势的变化量；根据所述定子感应电动势的变化量、定子及定子变流器电路方程、定子变流器控制策略方程和双馈风机输出的机端电流方程，确定定子电流变化量；根据所述转子感应电动势变化量、转子及转子变流器电路方程和转子变流器控制策略方程，确定转子电流变化量；将所述转子稳态电流、定子稳态电流、转子电流变化量和定子电流变化量带入电磁转矩公式，确定电磁转矩变化量与转速变化量的关系式。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使所述转速信号乘以附加控制器的传递函数得到附加控制信号，包括：通过使所述转速信号乘以所述带通滤波模块的传递函数，以增强在所述次同步谐振频率下的所述关系式的幅值增益；通过使所述带通滤波模块处理后的信号乘以所述移相模块的传递函数，得到附加控制信号。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述带通滤波模块为二阶次同步带通滤波器，所述二阶次同步带通滤波器的传递函数为：其中，ωc为带通滤波器的特征角频率，ωc＝2πfssr，fssr为次同步谐振频率；ξ为带通滤波器的阻尼比，ξ的取值范围为0.3～0.8。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述附加控制信号注入定子侧变流器，使所述附加控制信号与所述定子侧变流器的原输...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晓亮，
申请(专利权)人：国家电网公司华北分部，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11