一种应用混合潮流控制器抑制风电次同步振荡的方法技术

本发明专利技术公开了一种应用混合型统一潮流控制器(Hybrid unified power flow controller，HUPFC)抑制双馈风电场经串补输电系统次同步振荡(Sub

【技术实现步骤摘要】
一种应用混合潮流控制器抑制风电次同步振荡的方法


[0001]本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种应用混合潮流控制器抑制风电次同步振荡的方法。

技术介绍

[0002]近年来风力发电在世界范围内的各类发电方式中所占比重快速提升，我国风电装机容量占据世界榜首。输电线路装设串联补偿电容，可以大幅提高双馈风电场电能外送能力。但是，双馈风力发电机(Doubly
‑
fed Induction Generator，DFIG)控制系统与串补输电线路的相互作用，可能引发次同步振荡(sub
‑
synchronous oscillation，SSO)问题。
[0003]2009年10月美国德州某风电场由于双馈电机控制系统和串补线路之间的相互作用引起的SSO事件，造成大量风电机组脱网和双馈电机的撬棒损坏；2011年以来我国河北沽源地区多次出现SSO，造成多起风电机组因谐波过量而切机弃风的事故。基于以上事故案例，对双馈风电场经串补输电系统SSO问题的特性分析和抑制措施已经引起工业界和学术界的广泛关注，成为新形势下电力系统稳定分析的重要内容。
[0004]双馈风电场经串补输电系统SSO发生的原因是当系统受到小扰动后，电网侧产生频率为f
sub
的谐振电流，该谐振电流在转子上感应出相应的次同步电流。由于转子的旋转速度比次同步电流分量产生的次同步旋转磁场的转速高，故转差率为负值，致使转子的等效电阻变为负值。当转子等效电阻的绝对值大于谐振频率f
sub
下定子和输电系统的等效电阻之和时，整个系统的等效电阻为负值，系统因缺乏正阻尼而振荡失稳。
[0005]目前，针对双馈风电场经串补输电系统SSO的抑制措施研究主要从风机侧和电网侧两方面开展，并取得一定的研究成果。风机侧抑制措施有：优化变流器控制参数、改善控制策略等。论文“王亮，谢小荣，姜齐荣，《大规模双馈风电场次同步谐振的分析与抑制》，电力系统自动化”，通过适当减小转子侧换流器电流环比例系数来抑制系统SSO。论文“董晓亮，谢小荣，田旭，《双馈风机定子侧变流器的附加阻尼抑制次同步振荡方法》，高电压技术”，在定子侧变流器控制策略中引入附加控制，从而产生一个与转速增量反相的附加转矩，为系统提供正阻尼。但大规模风电场中风机型号各异，需要针对所有风机进行参数修改，工程量巨大，对于已经投运且不具备附加阻尼抑制器的风电机组，实施起来较为困难。
[0006]电网侧抑制措施有：改变系统运行方式、利用柔性输电装置提高系统阻尼等。在2010年10月沽源地区次同步问题产生之初，针对谐振多产生在风电上送功率较低工况下的特点，通过采用在沽源风电上送功率低于100MW情况下临时退出一套串补装置的运行措施，降低了SSO发生的概率。但是，改变系统的运行方式限制了系统的经济运行，且不能从根本上抑制双馈经串补系统SSO的发生。随着电力电子技术的发展，在电网侧装设柔性输电装置不仅可提高系统阻尼，实现DFIG经串补输电系统SSO的有效抑制，而且可有效避免针对单台DFIG进行改造时工程量巨大的问题。论文“朱鑫要，金梦，李建生，《统一潮流控制器附加阻尼抑制次同步谐振的理论与仿真》，电力系统自动化”，设计了一种针对统一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)的附加次同步阻尼控制器，采用模态分离控制的
结构，达到多模态抑制SSO的目的。但是，UPFC由大容量电力电子器件构成，造价高昂。K.K.SEN在2003年提出了一种基于有载调压开关的移相变压器(“Sen”Transformer，ST)，利用移相和有载调压的技术，在线路中串入0～360
°
的可控电压，独立控制系统的有功、无功潮流，实现了与UPFC类似的潮流调节功能。但分接头的存在使ST输出电压离散，无法对线路潮流进行连续调节。ST具有结构简单，造价低的优点，但动作速度慢，只能实现对潮流的控制，无法对提高系统暂态稳定性、抑制功率振荡起到作用。将UPFC与ST组合，构成混合潮流控制器(Hybrid Power Flow Controller，HUPFC)，既能够实现系统潮流的连续控制，又能有效降低工程造价，具有广阔的应用前景。
[0007]在上述研究的基础上，本专利技术提出一种应用HUPFC抑制风电次同步振荡的方法。该方法通过监测并提取双馈风电场经串补输电系统中的次同步振荡电流分量，实现HUPFC输出与次同步振荡电流同相位的次同步电压分量。最终实现系统等效正电阻，从而有效抑制系统次同步振荡。该方法在系统稳定时，不影响HUPFC调节潮流的能力；在系统发生次同步振荡时，能有效抑制次同步振荡，使系统在较短时间内恢复稳定。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种应用混合潮流控制器抑制风电次同步振荡的方法。
[0009]本专利技术所采取的技术方案如下。
[0010]将HUPFC串联接入双馈风电场经串补输电系统中，当系统发生次同步振荡时，利用HUPFC输出一个与输电线路中次同步电流相位相同、幅值可变的次同步电压分量，此时HUPFC在系统振荡频率下等效成一正电阻；通过改变HUPFC输出次同步电压的幅值大小，实现系统等效正电阻。系统具有正阻尼，进而可以有效抑制风电次同步振荡。具体步骤包括：
[0011]S1：监测并提取双馈风电场经串补输电系统中的次同步振荡电流分量；
[0012]S2：对所述的次同步振荡电流分量进行相位校正补偿，获得反映实时相位信息的次同步振荡电流瞬时值；
[0013]S3：对经过相位校正补偿后的次同步振荡电流瞬时值进行比例放大，得到HUPFC输出次同步电压的附加调制波；
[0014]S4：对叠加次同步电压调制波的总调制波进行载波移相正弦脉宽调制，将HUPFC输出次同步电压叠加至双馈风电场经串补输电线路中。
[0015]步骤S1监测并提取双馈风电场经串补输电系统中的次同步振荡电流分量，具体策略为：
[0016]S11：采用低通滤波器即二阶Butterworth滤波器G
TF1
(s)将高次谐波滤除。
[0017]S12：采用带阻滤波器即四阶Butterworth滤波器G
TF2
(s)将工频量滤除。
[0018]G
TF1
(s)、G
TF2
(s)传递函数定义为：
[0019][0020]式中，ω
d
为低通滤波器的截止角频率，其取值应容许次同步频率下的分量通过；
ω
c
为带阻滤波器的中心角频率；ξ为阻尼系数，一般取ξ＝0.7。
[0021]步骤S2对所述的次同步振荡电流分量进行相位补偿，获得反映实时相位信息的次同步振荡电流瞬时值，具体策略为：
[0022]相位补偿环节用来补偿步骤S1中滤波环节对次同步电流造成的影响，其传递函数G
p
(s)为：
[0023][0024]式中，K...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用混合潮流控制器抑制风电次同步振荡的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：监测并提取双馈风电场经串补输电系统中的次同步振荡电流分量；S2：对所述的次同步振荡电流分量进行相位校正补偿，获得反映实时相位信息的次同步振荡电流瞬时值；S3：对经过相位校正补偿后的次同步振荡电流瞬时值进行比例放大，得到混合潮流控制器输出次同步电压的附加调制波；S4：对叠加次同步电压调制波的总调制波进行载波移相正弦脉宽调制，将混合潮流控制器输出的次同步电压叠加至双馈风电场经串补输电线路中。2.根据权利要求1所诉的一种应用混合潮流控制器抑制风电次同步振荡的方法，其特征在于，步骤S1监测并提取双馈风电场经串补输电系统中的次同步振荡电流分量，具体策略为：S11：采用低通滤波器即二阶Butterworth滤波器GTF1(s)将高次谐波滤除。S12：采用带阻滤波器即四阶Butterworth滤波器GTF2(s)将工频量滤除。G
TF1
(s)、G
TF2
(s)传递函数定义为：式中，ω
d
为低通滤波器的截止角频率，其取值应容许次同步频率下的分量通过；ω
c
为带阻滤波器的中心角频率；ξ为阻尼系数，一般...

【专利技术属性】
技术研发人员：高本锋，王晓，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：