用于阻尼基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用的系统和方法技术方案

一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法包括经由控制器接收同步参考坐标系中的电流反馈信号。该方法还包括经由控制器将电流反馈信号旋转到与次同步频率范围相关联的新参考坐标系。另外，该方法包括经由控制器确定电流反馈信号的次同步分量。此外，该方法包括经由控制器将电流反馈信号的次同步分量旋转回同步参考坐标系。此外，该方法包括经由控制器根据次同步分量和虚拟电阻设置来确定与基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令。因此，该方法包括经由控制器，至少部分地基于与次同步阻尼相关联的电压命令来控制基于逆变器的资源。控制基于逆变器的资源。控制基于逆变器的资源。

【技术实现步骤摘要】
用于阻尼基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用的系统和方法


[0001]本公开总体上涉及基于逆变器的资源，诸如风力涡轮功率系统，并且更特别地，涉及用于阻尼基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的系统和方法。

技术介绍

[0002]风电被认为是目前可用的最清洁、最环境友好的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。例如，转子叶片通常具有翼型件的横截面轮廓，以使得在操作过程中，空气流过叶片上方，以在侧边之间产生压差。因此，从压力侧指向吸力侧的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成扭矩，主转子轴通常与发电机啮合以产生电力。
[0003]风力涡轮可以区分为两种类型：定速涡轮和变速涡轮。常规地，变速风力涡轮作为连接到功率电网的电流源进行控制。换句话说，所述变速风力涡轮依靠由锁相环（PLL）所检测的电网频率作为参考，并向电网注入规定量的电流。风力涡轮的常规电流源控制基于以下假设，即，电网电压波形是具有固定频率和幅值的基本电压波形，并且风电对电网的渗透足够低以便不会对电网电压幅值和频率造成干扰。因此，风力涡轮简单地基于基本电压波形将规定的电流注入到电网中。然而，随着风电的快速增长，风电对一些电网的渗透也已增大到风力涡轮发电机对电网电压和频率具有显著影响的程度。当风力涡轮位于弱电网中时，风力涡轮功率波动可能导致电网电压中的幅度和频率变化的增大。这些波动可能不利地影响风力涡轮电流控制和PLL的稳定性和性能。
[0004]许多现有的可再生发电转换器（诸如双馈风力涡轮发电机）以“电网跟随”模式操作。电网跟随型装置利用快速电流调节环路来控制与电网交换的有功和无功功率。更具体地，图1图示用于电网跟随双馈风力涡轮发电机的主电路和转换器控制结构的基本元件。如所示的，对于转换器的有功功率基准由能量源调节器（例如，风力涡轮的涡轮控制部分）开发。这作为扭矩基准来传递，该扭矩基准表示在该时刻从能量源可获得的最大功率或者来自更高级别的电网控制器的削减命令中的较小者。转换器控制器然后确定针对电流的有功分量的电流基准，以实现期望的扭矩。因此，双馈风力涡轮发电机包括以产生用于针对电流的无功分量的命令的方式管理电压和无功功率的功能。然后，宽带宽电流调节器开发由转换器要将电压施加到系统的命令，使得实际电流紧密跟踪命令。
[0005]备选地，电网形成型转换器提供电压源特性，其中电压的角度和幅值被控制以实现由电网所需的调节功能。利用这种结构，电流将根据电网的需求流动，同时转换器有助于为电网建立电压和频率。这一特性与基于驱动同步机器的涡轮的常规发电机相当。因此，电网形成源必须包括以下基本功能：（1）支持装备的额定值内针对任何电流（有功和无功两者）的电网电压和频率；（2）通过允许电网电压或频率改变而不是断开装备来防止超出装备电压或电流容量的操作（仅当电压或频率超出由电网实体建立的边界时才允许断开）；（3）
对于任何电网配置或负载特性保持稳定，包括服务于隔离负载或与其它电网形成源连接，以及在这些配置之间切换；（4）在连接到电网的其它电网形成源之间分担电网的总负载；（5）穿越电网扰动（大扰动和小扰动两者），以及（6）满足要求（1）
‑
（5），而不需要与电网中存在的其它控制系统的快速通信或与电网配置变化相关的外部创建的逻辑信号。
[0006]实现上述电网形成目标的基本控制结构是在20世纪90年代早期为电池系统开发并经过现场验证的（例如，参见名称为“Battery Energy Storage Power Conditioning System”的美国专利No. 5，798，633）。对于全转换器风力发电机和太阳能发电机的应用公开在名称为“System and Method for Control of a Grid Connected Power Generating System”的美国专利No. 7，804，184和名称为“Controller for controlling a power converter”的美国专利No. 9，270，194中。针对双馈风力涡轮发电机的电网形成控制的应用公开在名称为“System and Method for Providing Grid
‑
Forming Control for a Doubly
‑
Feb Wind Turbine Generator”的PCT/US2020/013787中。
[0007]为了变得有效，基于逆变器的电网形成（GFM）资源（IBR）必须能够维持如下的内部电压相量：在存在电网条件方面的改变（例如，突然添加/移除负载、使导致相位跳跃和/或频率迅速改变的电网连接断开或闭合）时，该内部电压相量不快速移动。换而言之，来自电网形成资源的功率必须能够突然改变以使电网稳定，其中随后缓慢地复位到从更高级别控制功能命令的功率。另外，电网形成资源必须能够迅速地强制实施由于对该装置的功率操纵部分（例如，电池、太阳能电池阵列和/或风力发电系统中的DC电压/电流）的约束而存在的功率限制。对于电网上的严重扰动，例如，其中功率限制将被动态地调整成与电网条件协调以便从故障安全地恢复的故障，需要这样的响应。另外，电网形成资源应当能够迅速地跟随在来自更高级别控制部的命令方面的改变，例如，以便对风力涡轮中的机械振动进行阻尼。然而，可能难以达到这样的要求。
[0008]此外，至少一些已知的公用电网包括一条或多条串联补偿传输线路。次同步控制相互作用（SSCI）是当功率电子转换器控制与这样的串联补偿传输线路相互作用时发生的一种现象。如果控制系统没有被适当地调谐，或者如果适当调谐的控制系统中的功率转换器的控制裕度没有被维持，这些相互作用有时可能导致控制不稳定。此外，串联电容器往往安装在长距离AC传输线路中，以提高线路的功率转移能力。（一个或多个）串联电容器创建谐振电路，该谐振电路可以与功率电子装置（power electronics）的转换器控制相互作用。双馈风力涡轮尤其容易受到这种类型的相互作用的影响。如果没有适当的阻尼，振荡可能是不稳定的，并且可能导致风力涡轮或整个风电场跳闸（trips）。
[0009]鉴于前文，解决前面提到的问题的改进的系统和方法将在本领域中受欢迎。因此，本公开针对阻尼GFM IBR中的SSCI的系统和方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本专利技术的实践而获知。
[0011]在一个方面，本公开针对一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法。该方法包括：经由控制器接收同步参考坐标系中的电流反馈信号。该方法还包括：经由控制器将电流反馈信号旋转到与次同步频率范围
相关联的新参考坐标系。另外，该方法包括：经由控制器确定电流反馈信号的次同步分量。此外，该方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法，所述方法包括：经由控制器接收同步参考坐标系中的电流反馈信号；经由所述控制器将所述电流反馈信号旋转到与次同步频率范围相关联的新参考坐标系；经由所述控制器确定所述电流反馈信号的次同步分量；经由所述控制器将所述电流反馈信号的次同步分量旋转回所述同步参考坐标系；经由所述控制器根据所述次同步分量和虚拟电阻设置来确定与所述基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令；以及经由所述控制器，至少部分地基于与所述次同步阻尼相关联的电压命令来控制所述基于逆变器的资源。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在将所述电流反馈信号旋转到所述新参考坐标系之前，对所述电流反馈信号进行滤波，以移除一个或多个基频分量。3.如权利要求2所述的方法，进一步包括经由高通滤波器完成对所述电流反馈信号的滤波。4.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述电流反馈信号的次同步分量进一步包括：对所述电流反馈信号应用低通滤波器和相位补偿，以获得所述次同步分量。5.如权利要求1所述的方法，其中，根据所述次同步分量和所述虚拟电阻设置来确定与所述基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令进一步包括：将所述次同步分量乘以所述虚拟电阻设置，以获得与所述次同步阻尼...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：