本發(fā)明涉及一種風(fēng)電機(jī)組側(cè)有源次同步振蕩抑制裝置及其方法，屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來電網(wǎng)迅速發(fā)展，國內(nèi)多個(gè)區(qū)域電網(wǎng)出現(xiàn)了風(fēng)電與直流輸電或串補(bǔ)線路等電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相互作用形成的次同步振蕩現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)同步機(jī)組次同步保護(hù)動(dòng)作、風(fēng)電脫網(wǎng)等影響。與同步發(fā)電機(jī)組為主的傳統(tǒng)次同步振蕩問題不同，這類新型的風(fēng)電參與的次同步振蕩現(xiàn)象還具有振蕩頻率和振蕩幅度隨機(jī)網(wǎng)方式變化而變化的特點(diǎn)。

目前針對風(fēng)電參與的次同步振蕩研究所提的抑制措施大多從電網(wǎng)角度出發(fā)、按集中處理思路進(jìn)行，例如改變電網(wǎng)串補(bǔ)投入情況避開諧振點(diǎn)，在風(fēng)電場并聯(lián)點(diǎn)改造/新增并聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器（簡稱STATCOM）等，這類方法多基于振蕩頻率已知的情況下進(jìn)行離線整定，提前計(jì)算系統(tǒng)諧振頻率，對運(yùn)行方式改變的適應(yīng)性較差。

從風(fēng)電機(jī)組側(cè)進(jìn)行次同步振蕩檢測和抑制不失為一種值得嘗試的解決途徑。有學(xué)者和專家提出基于風(fēng)電機(jī)組自身變流器進(jìn)行控制改進(jìn)的處理方法，然而這一思路未考慮到當(dāng)前風(fēng)電設(shè)備廠商百花齊放，風(fēng)電主機(jī)廠商和變流器廠商組合配套方式多樣，改造的技術(shù)難度和執(zhí)行困難都不容小覷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種風(fēng)電機(jī)組側(cè)有源次同步振蕩抑制裝置，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)次同步振蕩檢測和抑制功能，易于工程改造和實(shí)現(xiàn)，且造價(jià)成本低。本發(fā)明通過在附加三相全控逆變器來產(chǎn)生補(bǔ)償風(fēng)電機(jī)組次同步電流的分量，優(yōu)化并聯(lián)點(diǎn)電流和電壓，增強(qiáng)次同步頻帶上的電氣阻尼，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的次同步振蕩抑制。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一種風(fēng)電機(jī)組側(cè)有源次同步振蕩抑制裝置及其方法，其特征在于，包括與風(fēng)電機(jī)組輸出端相連接的三相全控逆變器，所述風(fēng)電機(jī)組輸出端連接風(fēng)電機(jī)組箱變低壓側(cè)輸入端，所述三相全控逆變器與風(fēng)電機(jī)組箱變低壓側(cè)輸入端相并聯(lián)連接；

其還包括一控制器，用于采集風(fēng)電機(jī)組箱變低壓側(cè)電網(wǎng)電壓和風(fēng)電機(jī)組低壓側(cè)入網(wǎng)電流，監(jiān)測機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，提取風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩信息，同時(shí)采集三相全控逆變器的輸出電流和直流電壓作為控制反饋，進(jìn)而控制增強(qiáng)次同步頻帶上的電氣阻尼，實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)輸出的次同步振蕩抑制。

進(jìn)一步的，所述風(fēng)電機(jī)組包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接的變流器。

進(jìn)一步的，所述的三相全控逆變器采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）器件，開關(guān)頻率幾千赫茲，輸出采用純電感濾波器，電感取值約為風(fēng)力發(fā)電機(jī)及變流器輸出濾波電感的1~3倍。所述控制器的控制方式采用矢量控制和次同步振蕩抑制控制。

一種風(fēng)電機(jī)組側(cè)有源次同步振蕩抑制方法，其特征在于，其方法步驟包括：

（1）采集風(fēng)電機(jī)組箱變低壓側(cè)電網(wǎng)電壓e_abc、三相逆變器的輸出電流i_1abc、直流電壓Udc，按照常規(guī)矢量控制方法，經(jīng)鎖相環(huán)和坐標(biāo)變換得到電網(wǎng)電壓基準(zhǔn)角度θ_e，經(jīng)過直流電壓控制器和d軸電流控制器、q軸電流控制器，得到基波控制電壓分量e_cd1、e_cq1。

（2）采集低壓側(cè)入網(wǎng)電流i_wabc，坐標(biāo)變換得到同步坐標(biāo)表示值i_wd、i_wq，再經(jīng)過帶通濾波器分離直流分量和高頻分量，得到次同步振蕩電流i_ssrd、i_ssrq。

（3）將次同步振蕩電流i_ssrd、i_ssrq經(jīng)移相變換和比例調(diào)節(jié)，得到次同步控制分量e_cssrd、e_cssrq。

（4）將基波控制分量矢量e_cd1、e_cq1和次同步控制分量e_cssrd、e_cssrq合成得到經(jīng)SVPWM（空間矢量脈寬調(diào)制，Space Vector Pulse Width Modulation)調(diào)制最后得到逆變器開關(guān)控制信號，作用于逆變器形成閉環(huán)控制，得到次同步振蕩阻尼效果。

進(jìn)一步的，所述步驟（2）中帶通濾波器基于dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，可由低通濾波和高通濾波組成?？紤]到一般所謂次同步振蕩指功率上2~50Hz的振蕩，對應(yīng)50±(2~50)Hz的電流三相量，在dq同步坐標(biāo)系下表現(xiàn)為2~50Hz，從而低通濾波截止頻率取1~6Hz用于濾除直流，高通濾波器的截止頻率取180~250Hz用于濾除高頻諧波。

本發(fā)明的有益效果在于：

采集風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電氣信號并附加小容量逆變器，可實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組層面的次同步振蕩監(jiān)測與抑制；

不受限于具體風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和控制，方便工程改造；

不必設(shè)定次同步振蕩頻率，能適應(yīng)機(jī)網(wǎng)方式變化導(dǎo)致的次同步振蕩變化。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)系統(tǒng)的連接示意圖；

圖2a為本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)系統(tǒng)的次同步電流等值示意圖；

圖2b為本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)系統(tǒng)的基波電流等值示意圖；

圖3為本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組側(cè)有源次同步振蕩抑制裝置控制方法的進(jìn)一步描述；

圖4為實(shí)施例中次同步振蕩抑制的具體執(zhí)行方法；

圖5a為本實(shí)施例風(fēng)電機(jī)組箱變高壓母線上三相線電壓畸變波形圖；

圖5b為本實(shí)施例風(fēng)電機(jī)組箱變高壓母線上三相電流變化波形圖；

圖5c為本實(shí)施例風(fēng)電機(jī)組箱變高壓母線上輸出有功和無功振蕩的波形圖；

圖5d為實(shí)施例中裝置檢測到的次同步振蕩頻。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例：在雙饋風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩場景中應(yīng)用

本發(fā)明公開了一種風(fēng)電機(jī)組側(cè)有源次同步振蕩抑制裝置，圖1是本發(fā)明所述裝置在風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)中的連接示意圖，小容量三相全控逆變器并聯(lián)連接于風(fēng)電機(jī)組箱變低壓側(cè)，與風(fēng)電機(jī)組呈并聯(lián)運(yùn)行關(guān)系，需采集風(fēng)電機(jī)組箱變低壓側(cè)電網(wǎng)電壓e_abc、風(fēng)電機(jī)組低壓側(cè)入網(wǎng)電流i_wabc來提取風(fēng)電機(jī)組次同步振蕩信息，采集三相逆變器的輸出電流i_1abc、直流電壓U_dc作為反饋信號。

附圖2是裝置簡化的原理說明，通過在附加有源裝置產(chǎn)生補(bǔ)償風(fēng)電機(jī)組次同步電流的分量，優(yōu)化并聯(lián)點(diǎn)電流和電壓，起到對系統(tǒng)次同步振蕩的阻尼作用，圖2a說明本裝置幾乎不產(chǎn)生基波電流，可最小化附加裝置對風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行的影響。

附圖3是本發(fā)明發(fā)明進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組側(cè)次同步振蕩抑制的控制方法的進(jìn)一步描述。檢測得到的低壓側(cè)網(wǎng)壓e_abc首先經(jīng)鎖相環(huán)和坐標(biāo)變換，得到電網(wǎng)電壓基準(zhǔn)角度θ_e，經(jīng)過直流電壓控制器和d軸電流控制器、q軸電流控制器，得到基波控制電壓分量e_cd1、e_cq1；所述基波控制電壓分量的生成方法與變流器矢量控制原理一致，具體不再贅述。

采集風(fēng)電機(jī)組低壓側(cè)入網(wǎng)電流i_wabc，經(jīng)坐標(biāo)變換得到同步坐標(biāo)表示值i_wd、i_wq，再經(jīng)過帶通濾波器分離直流分量和高頻分量，得到次同步振蕩電流i_ssrd、i_ssrq。為解釋本裝置作用原理，此處不妨假定雙饋并網(wǎng)含次同步振蕩場景在三相電流i_wabc上表現(xiàn)為含有5Hz諧波，功率表現(xiàn)為含有45Hz諧波，轉(zhuǎn)換到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上則d軸和q軸電流i_wd、i_wq包含直流量和45Hz次同步分量，故i_wd、i_wq經(jīng)過帶通濾波器（由5Hz低通濾波和300Hz高通濾波組成）濾除直流分量和可能含有的高頻諧波后將得到45Hz次同步分量，即同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的次同步電流i_ssrd、i_ssrq。

次同步振蕩電流i_ssrd、i_ssrq經(jīng)移相變換（移相通過次同步坐標(biāo)系下的角度補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)）和比例調(diào)節(jié)器的比例調(diào)節(jié)，得到次同步控制分量e_cssrd、e_cssrq。本實(shí)施例中提供該步驟的一種具體執(zhí)行方法，如附圖4，將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的次同步電流i_ssrd、i_ssrq經(jīng)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為次同步頻率坐標(biāo)下的次同步頻率電流i_ssrdx、i_ssrqx，其中坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度由次同步鎖相環(huán)得到，經(jīng)PI控制器的積分環(huán)節(jié)將is_srqx控制為0，則PI控制器輸出即為次同步振蕩電角速度ω_ssr，積分輸出即表征次同步振蕩信息的角度θ_issr；次同步頻率坐標(biāo)下的次同步頻率電流i_ssrdx、i_ssrqx反變換回到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下得到次同步旋轉(zhuǎn)電流i_ssrd1、i_ssrq1，反變換使用的角度為θ_issr補(bǔ)償角度θ_com后的值，θ_com值用以補(bǔ)償控制系統(tǒng)時(shí)延和濾波滯后；次同步旋轉(zhuǎn)電流i_ssrd1、i_ssrq1經(jīng)比例調(diào)節(jié)器的比例調(diào)節(jié)得到次同步控制電壓分量e_cssrd、e_cssrq。

將次同步控制分量e_cssrd、e_cssrq與基波控制分量矢量e_cd1、e_cq1合成得到合成控制矢量，經(jīng)SVPWM調(diào)制最后得到三相全控逆變器開關(guān)控制信號作用于三相全控逆變器。

本實(shí)施例仿真結(jié)果如附圖5a-圖5d所示，其是實(shí)施例中次同步振蕩抑制效果仿真波形圖波形，分別是風(fēng)電機(jī)組箱變高壓母線三相線電壓、三相電流和輸出功率，以及裝置檢測到的次同步振蕩電角速度。仿真設(shè)置2.1s前裝置次同步抑制功能一直投著，2.1s后裝置次同步抑制功能退出（圖3中次同步抑制功能使能置0）。對比2.1s前后仿真波形，2.1s前盡管雙饋機(jī)組并網(wǎng)系統(tǒng)具備次同步振蕩可能，但可以看到高壓母線上電壓和電流波形較好，系統(tǒng)振蕩被抑制，波形較好；而2.1s后裝置次同步抑制功能退出，系統(tǒng)次同步振蕩逐步惡化，2.1s后圖5a中三相線電壓有畸變，圖5b中三相電流明顯更大，圖5c中輸出有功和無功振蕩明顯，圖5d是實(shí)施例中裝置檢測到的次同步振蕩頻。仿真結(jié)果表明本發(fā)明所述裝置在實(shí)施例中的應(yīng)用有效。

本發(fā)明采集風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電氣信號并附加小容量逆變器，可實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組層面的次同步振蕩監(jiān)測與抑制；不受限于具體風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和控制，方便工程改造；不必設(shè)定次同步振蕩頻率，能適應(yīng)機(jī)網(wǎng)方式變化導(dǎo)致的次同步振蕩變化。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。