基于定子侧模拟电阻的双馈风电场次同步振荡的抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于定子侧模拟电阻的双馈风电场次同步振荡的抑制方法，方法为：首先建立双馈风电场经串联补偿电容并网的系统模型；然后结合转子侧变换器的控制策略，推导双馈风机并网系统的等效阻抗模型，分析系统的阻尼特性；接着根据双馈风机并网系统阻尼特性的分析结果，确定定子侧模拟电阻的取值，以补偿系统的负阻尼作用；最后将基于定子侧模拟电阻的控制策略应用到双馈风机定子侧变换器的控制中，完成对系统次同步振荡的抑制。本发明专利技术能够有效抑制风电场并网系统中的次同步振荡现象，提高了系统的稳定性，并且无需任何附加装置，节约了成本，便于实际工程应用。便于实际工程应用。便于实际工程应用。

【技术实现步骤摘要】
基于定子侧模拟电阻的双馈风电场次同步振荡的抑制方法


[0001]本专利技术属于风力发电机稳定性控制
，特别是一种基于定子侧模拟电阻的双馈风电场次同步振荡的抑制方法。

技术介绍

[0002]在众多可再生能源中，风能具有资源丰富、分布广泛的特点，有较好的经济及社会效益。中国能源发展战略已将大规模开发利用风电作为其重要组成部分。由于风力资源与负荷需求分布不一致，需将风电大容量、远距离得向外输送。串联补偿电容技术具有减小输电线路损耗并同时提高线路输送容量的优点，可作为实现风电大规模外送的技术支撑，但该技术的广泛应用，可能诱发风电场的次同步振荡问题。近年来，国内外已发生多起风电场次同步振荡事故，在造成巨大经济损失的同时，也严重影响了大规模风电基地及外送系统的安全稳定运行。因此，风机串补输电系统的次同步振荡问题引起了国内外学者的普遍关注。
[0003]在双馈风电场次同步振荡的抑制方面，当前研究多专注于借助附加阻尼控制器或者FACTS装置，这些方法虽在抑制振荡上具有一定的效果，但通常需要繁杂的参数整定，且抑制效果受到滤波器性能的影响。此外，附加装置的引入增加了单台风机的成本，不利于工程实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种能够提高双馈风电场经串联补偿电容并网系统稳定性的基于定子侧模拟电阻的双馈风电场次同步振荡的抑制方法。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于定子侧模拟电阻的双馈风电场次同步振荡的抑制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、建立双馈风电场经串联补偿电容并网的系统模型；
[0007]步骤2、结合转子侧变换器的控制策略，推导双馈风机并网系统的等效阻抗模型，分析系统的阻尼特性；
[0008]步骤3、根据双馈风机并网系统阻尼特性的分析结果，确定定子侧模拟电阻的取值，以补偿系统的负阻尼作用；
[0009]步骤4、将基于定子侧模拟电阻的控制策略应用到双馈风机定子侧变换器的控制中，完成对系统次同步振荡的抑制。
[0010]进一步的，步骤1所述的建立双馈风电场经串联补偿电容并网的系统模型，具体如下：
[0011]步骤1.1、根据风能捕获模型得到双馈风机转子转速、输出功率和风速的对应关系；
[0012]步骤1.2、在dq坐标系下列写出系统的电磁方程，具体如下：
[0013]步骤1.2.1、双馈感应发电机中的定子和转子均采取电动机惯例，正方向为电流流
入方向，且旋转方向和电磁转矩正方向相同，根据坐标变换原理，把定子及转子中的电流、电压、磁通变量从三相静止坐标系变换到dq坐标系，得到定转子中的电磁关系为：
[0014][0015][0016][0017]其中ω1为同步旋转角速度，ω
s
＝ω
1-ω
r
为转差角速度，ω
r
为转子旋转角速度；u
ds
、u
qs
为定子dq轴电压，u
dr
、u
qr
为转子dq轴电压；i
ds
、i
qs
为定子dq轴电流，i
dr
、i
qr
为转子dq轴电流；ψ
ds
、ψ
qs
为定子dq轴磁链，ψ
dr
、ψ
qr
为转子dq轴磁链；R
s
为定子电阻，R
r
为转子电阻；L
ls
为定子漏感，L
lr
为转子漏感，L
m
为定转子同轴互感，L
s
、L
r
为定转子绕组等效自感；
[0018]步骤1.2.2、双馈风机转子侧变换器的控制目标包括最大风能追踪、保持所发电能频率恒定以及控制无功输出，将定子磁链方向固定在d轴，实现有功与无功的解耦；转子侧变换器的控制由功率环和电流环组成，采用PI控制来调节转子电压，得到转子侧变换器的控制方程为：
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027]其中，Te
ref
、Q
s ref
为电磁转矩和定子无功的参考值，K
Te
、K
Qs
为转子侧变换器外功率环PI控制的比例系数，K
iq
、K
id
为转子侧变换器内电流环PI控制的比例系数；T
Te
、T
Qs
为转子侧变换器外功率环PI控制的积分系数，T
iq
、T
id
转子侧变换器内电流环PI控制的积分系数；i
qr ref
、i
dr ref
为转子侧变换器外环PI控制输出的转子dq轴电流参考值，x1～x4为引入的四个中间变量；
[0028]步骤1.2.3、双馈风机通常运行在次同步状态下，使用网侧变换器实现交流到直流的电能变换，保持直流母线电压恒定，以及减少交流侧谐波，网侧变换器的控制方程为：
[0029][0030]i
qg ref
＝K
p1
(U
dc ref-U
dc
)+T
i1
x5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0031][0032]u
qg
＝K
p2
[K
p1
(U
dc ref-U
dc
)+T
i1
x
5-i
qg
]+T
i2
x6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0033][0034]i
dg ref
＝K
p1
(U
s ref-U
s
)+T
i1
x7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0035][0036]u
dg
＝K
p2
[K
p1
(U
s ref-U
s
)+T
i1
x
7-i
dg
]+T
i2
x8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0037]其中，U
dc ref
、U
dc
分别为变换器直流电压的参考值和运行实际值，U
s ref
、U
s
分别为机端电压的参考值和实际值；K
p1
为网侧变换器外功率环PI控制的比例系数，K
p2
为网侧变换器内电流环PI控制的比例系数；T
i1
为网侧变换器外功率环PI控制的积分系数，T
i2
为网侧变换器内电流环PI控制的积分系数；i
dg ref
、i
qg 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于定子侧模拟电阻的双馈风电场次同步振荡的抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立双馈风电场经串联补偿电容并网的系统模型；步骤2、结合转子侧变换器的控制策略，推导双馈风机并网系统的等效阻抗模型，分析系统的阻尼特性；步骤3、根据双馈风机并网系统阻尼特性的分析结果，确定定子侧模拟电阻的取值，以补偿系统的负阻尼作用；步骤4、将基于定子侧模拟电阻的控制策略应用到双馈风机定子侧变换器的控制中，完成对系统次同步振荡的抑制。2.根据权利要求1所述的基于定子侧模拟电阻的双馈风电场次同步振荡的抑制方法，其特征在于，步骤1所述的建立双馈风电场经串联补偿电容并网的系统模型，具体如下：步骤1.1、根据风能捕获模型得到双馈风机转子转速、输出功率和风速的对应关系；步骤1.2、在dq坐标系下列写出系统的电磁方程，具体如下：步骤1.2.1、双馈感应发电机中的定子和转子均采取电动机惯例，正方向为电流流入方向，且旋转方向和电磁转矩正方向相同，根据坐标变换原理，把定子及转子中的电流、电压、磁通变量从三相静止坐标系变换到dq坐标系，得到定转子中的电磁关系为：磁通变量从三相静止坐标系变换到dq坐标系，得到定转子中的电磁关系为：磁通变量从三相静止坐标系变换到dq坐标系，得到定转子中的电磁关系为：其中ω1为同步旋转角速度，ω
s
＝ω
1-ω
r
为转差角速度，ω
r
为转子旋转角速度；u
ds
、u
qs
为定子dq轴电压，u
dr
、u
qr
为转子dq轴电压；i
ds
、i
qs
为定子dq轴电流，i
dr
、i
qr
为转子dq轴电流；ψ
ds
、ψ
qs
为定子dq轴磁链，ψ
dr
、ψ
qr
为转子dq轴磁链；R
s
为定子电阻，R
r
为转子电阻；L
ls
为定子漏感，L
lr
为转子漏感，L
m
为定转子同轴互感，L
s
、L
r
为定转子绕组等效自感；步骤1.2.2、双馈风机转子侧变换器的控制目标包括最大风能追踪、保持所发电能频率恒定以及控制无功输出，将定子磁链方向固定在d轴，实现有功与无功的解耦；转子侧变换器的控制由功率环和电流环组成，采用PI控制来调节转子电压，得到转子侧变换器的控制方程为：方程为：方程为：
其中，Te
ref
、Q
sref
为电磁转矩和定子无功的参考值，K
Te
、K
Qs
为转子侧变换器外功率环PI控制的比例系数，K
iq
、K
id
为转子侧变换器内电流环PI控制的比例系数；T
Te
、T
Qs
为转子侧变换器外功率环PI控制的积分系数，T
iq
、T
id
为转子侧变换器内电流环PI控制的积分系数；i
qrref
、i
drref
为转子侧变换器外环PI控制输出的转子dq轴电流参考值，x1～x4为引入的四个中间变量；步骤1.2.3、双馈风机通常运行在次同步状态下，使用网侧变换器实现交流到直流的电能变换，保持直流母线电压恒定，以及减少交流侧谐波，网侧变换器的控制方程为：i
qgref
＝K
p1
(U
dcref-U
dc
)+T
i1
x5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)u
qg
＝K
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)+T
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x
5-i
qg
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(15)i
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＝K
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(U
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)+T
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(17)u
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(19)其中，U
dcref
、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝华，单碧涵，蒋海峰，饶新亮，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：