本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及風電并網(wǎng)運行與控制技術(shù)，具體涉及一種基于網(wǎng)側(cè)控制回路延時的直驅(qū)風電次同步振蕩分析方法。
背景技術(shù)：
：目前，風電大規(guī)模集中式并網(wǎng)外送已經(jīng)成為最為廣泛的風電外送形式，直驅(qū)式風機憑借其結(jié)構(gòu)簡單、高效率和高可靠性等優(yōu)點逐漸成為主流的機型之一。直驅(qū)式風機通過背靠背的pwm變流器接入電網(wǎng)，不能顯著地提供系統(tǒng)的慣性，故直驅(qū)式風機與弱交流電網(wǎng)相互作用時，系統(tǒng)中時有發(fā)生次同步頻率范圍(2～50hz)的功率振蕩。已有的研究表明，雙饋感應(yīng)發(fā)電機的次同步振蕩多與發(fā)電機及電力系統(tǒng)間的串聯(lián)補償裝置或高壓直流輸電裝置等有關(guān)。而近年來，國內(nèi)多地區(qū)的永磁直驅(qū)風電場在沒有經(jīng)過串聯(lián)補償連接到電網(wǎng)的情況下發(fā)生了次同步振蕩頻率范圍內(nèi)的持續(xù)功率振蕩。又因為永磁直驅(qū)風電機組軸系自然扭振頻率相對較低(1-10hz)，且永磁直驅(qū)風電機通過背靠背雙pwm變流器與電力系統(tǒng)隔離，故直驅(qū)式風電并網(wǎng)發(fā)生的次同步振蕩與傳統(tǒng)的次同步振蕩不同，它是一種電磁功率的振蕩，并不涉及到轉(zhuǎn)子軸系的扭振和風機與電網(wǎng)系統(tǒng)間的串聯(lián)補償裝置。直驅(qū)式風機通過全功率的雙pwm變流器接入電力系統(tǒng)，將有功功率送入系統(tǒng)，但并沒有顯著地提高系統(tǒng)的慣性。同時，風電系統(tǒng)中存在大量的電力電子設(shè)備，其響應(yīng)速度非常迅速，這就要求永磁直驅(qū)風機網(wǎng)側(cè)控制回路中的前饋電壓延時環(huán)節(jié)盡可能短。永磁直驅(qū)風機閉環(huán)控制中延時的大小將直接影響閉環(huán)控制的效果，嚴重時可能無法維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定。因此，可以通過網(wǎng)側(cè)控制回路延時對永磁直驅(qū)風機次同步振蕩機理分析提供一種分析方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種基于網(wǎng)側(cè)控制回路延時的直驅(qū)風電次同步振蕩分析方法，能夠完全不對直驅(qū)式風機并網(wǎng)的正常運行產(chǎn)生影響，并能夠有效地通過網(wǎng)側(cè)控制回路延時計算來分析次同步振蕩現(xiàn)象。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟：步驟一、在網(wǎng)側(cè)控制回路中，通過電阻分壓、電阻采樣環(huán)節(jié)獲得逆變器控制所需的uabc、iabc和udc，計算此環(huán)節(jié)的具體用時；步驟二、對uabc、iabc和udc進行濾波，得到有效的控制信號，計算此環(huán)節(jié)的群時延為ω為信號頻率，ωc為濾波器截止角頻率；步驟三、將步驟二獲得的控制信號輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號以實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)控制，并計算此環(huán)節(jié)的具體用時；步驟四、將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的控制信號輸入網(wǎng)側(cè)控制回路，計算自輸入網(wǎng)側(cè)控制回路至輸出網(wǎng)側(cè)控制回路之間cpu的控制周期t；步驟五、將uabc、iabc和udc前四個步驟計算所得的控制用時分別相加，計算不同測量量uabc、iabc和udc各自所需的具體總延時。所述步驟二通過二階巴特沃斯低通濾波器進行濾波。所述ω的數(shù)值根據(jù)uabc、iabc和udc的頻率決定。所述的uabc取ω＝50hz，ωc＝1.0khz；所述的iabc取ω＝50hz，ωc＝2.0khz；所述的udc取ω＝0hz，ωc＝128hz。所述cpu的控制周期t包含控制信號輸入網(wǎng)側(cè)逆變器后坐標變換以及與控制相關(guān)的數(shù)學運算的時間，一般取t＝0.344ms。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：現(xiàn)有的研究成果忽略了直驅(qū)式風機網(wǎng)側(cè)逆變器控制環(huán)節(jié)中風機并網(wǎng)點電壓電流測量和直流電容電壓測量產(chǎn)生的延時影響。通過計算直驅(qū)式風機網(wǎng)側(cè)逆變器控制環(huán)節(jié)中引入的具體延時時間，能夠?qū)ΜF(xiàn)有pscad模型進行改進，有利于深入研究次同步振蕩的機理，進而能夠分析驗證延時對直驅(qū)式風機次同步振蕩產(chǎn)生的影響。然后通過分析網(wǎng)側(cè)控制回路延時與直驅(qū)式風機次同步振蕩之間的關(guān)系，進一步分析直驅(qū)式風機次同步振蕩的產(chǎn)生機理。由pscad仿真結(jié)果能夠得知，測量延時的大小與直驅(qū)式風機次同步振蕩的發(fā)生有直接關(guān)系，當沒有測量延時的時候，直驅(qū)式風機則不發(fā)生次同步振蕩；當測量延時增大時，次同步振蕩發(fā)生。本發(fā)明為次同步振蕩現(xiàn)象的研究提供了依據(jù)。附圖說明圖1直驅(qū)式風電單機無窮大系統(tǒng)的仿真模型圖；圖2直驅(qū)式風機網(wǎng)側(cè)逆變器控制回路示意圖；圖3直驅(qū)式風電網(wǎng)側(cè)逆變器并網(wǎng)控制的測量延時環(huán)節(jié)圖；圖4不考慮網(wǎng)側(cè)逆變器控制回路延時直驅(qū)式風機輸出有功功率的波形圖；圖5考慮網(wǎng)側(cè)逆變器控制回路延時直驅(qū)式風機輸出有功功率的波形圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。參見圖1，仿真系統(tǒng)模型為單機無窮大系統(tǒng)，即一臺1.6mw/0.69kv的直驅(qū)式風機通過0.69/35kv箱變接入35kv的無窮大系統(tǒng)。詳細的仿真參數(shù)如下表所示。表1：仿真系統(tǒng)的參數(shù)仿真系統(tǒng)參數(shù)數(shù)值風機額定容量/mw1.6風機額定電壓/kv0.69濾波電感/h0.001變流器開關(guān)頻率/khz5聯(lián)接電阻/ω3.57聯(lián)接電感/h0.033變壓器短路電壓百分數(shù)6％變壓器額定容量/mva2直驅(qū)式風機網(wǎng)側(cè)逆變器控制回路如圖2所示。從直驅(qū)式風機網(wǎng)側(cè)逆變器控制回路信號的產(chǎn)生過程可知，網(wǎng)側(cè)逆變器控制回路中的延時可分為四部分考慮，如圖3所示。電阻分壓/采樣環(huán)節(jié)用于將實際系統(tǒng)中較大的電壓電流值等比例縮小至可測量范圍，此環(huán)節(jié)引入系統(tǒng)的延時很小，可忽略不計。在濾波環(huán)節(jié)中，實際電力系統(tǒng)中采用的二階低通濾波器會給系統(tǒng)引入一定的延時。電網(wǎng)中采用的多為二階巴特沃斯低通濾波器，通過群時延計算和pscad仿真可得，直流電容電壓、網(wǎng)側(cè)交流電壓和網(wǎng)側(cè)交流電流在濾波環(huán)節(jié)的延時如下表所示。表2：不同測量環(huán)節(jié)的濾波延時濾波器直流電容電壓網(wǎng)側(cè)交流電壓網(wǎng)側(cè)交流電流濾波器延時/ms1.7580.2260.113pscad仿真/ms1.7320.2000.080模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號以實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)控制，此環(huán)節(jié)引入系統(tǒng)的延時很小，可忽略不計。在控制信號產(chǎn)生環(huán)節(jié)中，對輸入網(wǎng)側(cè)控制回路的直流電容電壓和網(wǎng)側(cè)交流電壓電流值進行坐標變換，并進行相應(yīng)的數(shù)學運算產(chǎn)生控制信號輸出網(wǎng)側(cè)控制回路，此環(huán)節(jié)引入系統(tǒng)的延時即為cpu的控制周期0.344ms。綜合考慮上述四個環(huán)節(jié)的延時可知，直流電容電壓的測量延時為2.102ms，交流側(cè)電壓的測量延時為0.57ms，交流側(cè)電流的測量延時為0.457ms。為了說明本發(fā)明方法的準確性，針對直驅(qū)式風電并網(wǎng)的單機無窮大模型進行電磁暫態(tài)的時域仿真，在不考慮網(wǎng)側(cè)逆變器控制回路延時的情況下，仿真結(jié)果如圖4所示，表明在沒有經(jīng)過串聯(lián)補償連接到電網(wǎng)且不考慮逆變器延時的情況下，并沒有發(fā)生次同步振蕩頻率范圍內(nèi)的持續(xù)功率振蕩。在考慮網(wǎng)側(cè)逆變器控制回路延時的情況下，仿真結(jié)果如圖5所示，表明在沒有經(jīng)過串聯(lián)補償連接到電網(wǎng)但考慮逆變器延時的情況下，發(fā)生了次同步振蕩頻率范圍內(nèi)的持續(xù)功率振蕩。本發(fā)明對于網(wǎng)側(cè)控制回路延時對次同步振蕩影響的分析與電磁暫態(tài)仿真結(jié)果非常一致，因此該方法能夠分析直驅(qū)式風機發(fā)生次同步振蕩與網(wǎng)側(cè)逆變器控制回路延時之間的聯(lián)系，具有較強的實用性。以上實施例僅為本發(fā)明推薦的一個模擬實施例，其結(jié)構(gòu)與參數(shù)并不以任何形式限制本發(fā)明。該領(lǐng)域技術(shù)人員所做的基于
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