本發(fā)明屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域，更具體地，涉及一種雙饋風(fēng)機(jī)同步機(jī)系統(tǒng)以及抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩的方法。

背景技術(shù)：

自2010年以來(lái)中國(guó)已經(jīng)成為世界第一的能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，然而，不理想的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致中國(guó)同時(shí)面臨著嚴(yán)峻的能源問(wèn)題。一方面，我國(guó)煤炭和石油的供給存在安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。從能源供給層面看，中國(guó)的能源形勢(shì)隨著需求總量的迅速增長(zhǎng)、對(duì)外依存度不斷上升而更加脆弱。另一方面，煤炭和石油的大量消費(fèi)，造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。我國(guó)自2008年以來(lái)已經(jīng)成為世界第一大碳排放國(guó)。我國(guó)霧霾的問(wèn)題，其主要成因也是由于大量的煤炭和石油使用。根據(jù)2016年簽訂的《巴黎氣候協(xié)定》，中國(guó)提出將于2030年左右，使二氧化碳排放達(dá)到峰值，并爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)。2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60％-65％，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20％左右?？梢钥吹剑瑴p少煤炭等化石能源消費(fèi)比重已經(jīng)成為未來(lái)國(guó)家的發(fā)展方向?？稍偕茉吹氖褂檬墙鉀Q這一問(wèn)題的重要措施。其中，風(fēng)力發(fā)電是可再生能源中的最具潛力的一種形式。

我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電盡管起步較晚，但發(fā)展迅猛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約10億千瓦，其中，陸地上風(fēng)能儲(chǔ)量約2.53億千瓦(按陸地上離地10米高度資料計(jì)算)，海上可開(kāi)發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約7.5億千瓦。根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，至2016年底，我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量達(dá)到14864萬(wàn)千瓦，占并網(wǎng)機(jī)組容量的9.03％，發(fā)電量近年來(lái)穩(wěn)步提高，2016年風(fēng)力發(fā)電電量占比已達(dá)到4％。由于我國(guó)風(fēng)力資源分布不均，大量高品質(zhì)風(fēng)資源集中于西北地區(qū)、東北地區(qū)。特別的，在內(nèi)蒙古、新疆、甘肅，風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)分別占其全省總裝機(jī)的23.15％、22.91％、26.9％；在整個(gè)西北五省電網(wǎng)中，累計(jì)并網(wǎng)風(fēng)電占其全網(wǎng)總裝機(jī)的19.6％?？梢钥吹?，在我國(guó)西北、東北部地區(qū)中風(fēng)電的比例已經(jīng)相當(dāng)高。局部電網(wǎng)中風(fēng)電已成為主要的電源。隨著風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比例日益提高，其對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程與穩(wěn)定的影響也逐漸顯現(xiàn)，成為行業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。特別的，近年來(lái)發(fā)生多起風(fēng)電脫網(wǎng)事故，已經(jīng)嚴(yán)重威脅了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。研究風(fēng)力發(fā)電的特性及其對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響已經(jīng)成為迫切的需求

由于在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)作為主要，甚至唯一的電源，其動(dòng)態(tài)特性直接決定了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。隨著風(fēng)電滲透率的提高，情況則有所不同。風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)同步發(fā)電機(jī)低頻振蕩的影響需要有更深的認(rèn)識(shí)。一方面，一些研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)滲透率和出力的增加，系統(tǒng)的阻尼逐漸變強(qiáng)，認(rèn)為這正是由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身作為一臺(tái)異步發(fā)電機(jī)，其產(chǎn)生了滑差功率向系統(tǒng)提供了正阻尼導(dǎo)致的。另一方面，一些研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)替換同步發(fā)電機(jī)的方式，發(fā)現(xiàn)隨著風(fēng)電滲透率提高，會(huì)引起系統(tǒng)阻尼下降，認(rèn)為這是由于潮流提高引起的，因?yàn)殪`敏度分析發(fā)現(xiàn)阻尼對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的靈敏度很低，快速電壓控制對(duì)系統(tǒng)阻尼也沒(méi)有實(shí)質(zhì)性改變。在另一些研究中，則認(rèn)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)既可能增強(qiáng)阻尼也可能削弱阻尼。不同的研究得到了相互矛盾的結(jié)果，這是由于對(duì)比的條件所造成的。若在系統(tǒng)中增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)，會(huì)造成拓?fù)浜统绷鞯淖兓?，這本身就會(huì)引起同步發(fā)電機(jī)阻尼的變化；而若替換等容量的同步發(fā)電機(jī)，但由于同步發(fā)電機(jī)對(duì)同步發(fā)電機(jī)就會(huì)造成阻尼的影響，這也難以說(shuō)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)接入后對(duì)系統(tǒng)阻尼變化到底產(chǎn)生了什么樣的影響。因此，從邏輯上來(lái)說(shuō)，需要找一個(gè)對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有阻尼影響的參照情景。

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性豐富，其對(duì)同步發(fā)電機(jī)的阻尼影響好壞都是有可能的。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生影響的機(jī)理和物理過(guò)程，是更需要進(jìn)一步研究的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于雙饋型風(fēng)電機(jī)組抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩的方法，打破了風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)同步發(fā)電機(jī)阻尼影響不明確的局限性，實(shí)現(xiàn)了控制風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)對(duì)同步發(fā)電機(jī)提供正阻尼的作用，從而抑制同步發(fā)電機(jī)的振蕩。

本發(fā)明提供了一種雙饋風(fēng)機(jī)同步機(jī)系統(tǒng)，包括：同步發(fā)電機(jī)sg，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)電感l(wèi)g、直流電容c、鎖相環(huán)和信號(hào)處理器；所述鎖相環(huán)的輸入端用于連接至電網(wǎng)，所述鎖相環(huán)用于采集電網(wǎng)電壓信號(hào)，并將所述電網(wǎng)電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸出電網(wǎng)電壓幅值變化量d軸分量和相位變化量q軸分量所述信號(hào)處理器的輸入端連接至所述鎖相環(huán)的輸出端，所述信號(hào)處理器用于根據(jù)所述電網(wǎng)幅值變化量的d軸分量和相位變化量q軸分量輸出轉(zhuǎn)子側(cè)電流環(huán)輔助控制信號(hào)irdcon和irqcon；所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制端連接至所述信號(hào)處理器的輸出端，所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的輸出端連接至所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電流控制端；所述電容c連接在所述網(wǎng)側(cè)變流器與所述轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的連接端之間，所述電容c的另一端接地；當(dāng)電網(wǎng)電壓由于同步機(jī)振蕩而發(fā)生變動(dòng)時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)改變電流控制指令ir，從而改變轉(zhuǎn)子側(cè)變換器輸出的轉(zhuǎn)子電壓內(nèi)電勢(shì)的幅值和相位，從而改變同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，進(jìn)而使定子輸出電壓發(fā)生改變，進(jìn)一步通過(guò)輸電線路影響同步發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)的幅值和相位。

更進(jìn)一步地，所述鎖相環(huán)包括：park變換器、pi控制器和積分器；park變換器的電壓輸入端用于接收電網(wǎng)電壓信號(hào)va、vb、vc，park變換器的反饋輸入端連接至所述積分器的輸出端，所述park變換器用于對(duì)電網(wǎng)電壓信號(hào)進(jìn)行兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后由第一輸出端輸出電網(wǎng)幅值變化量的d軸分量和由第二輸出端輸出電網(wǎng)相位變化量的q軸分量park變換器的輸出即為鎖相環(huán)的輸出。所述pi控制器的輸入端連接至所述park變換器的第二輸出端，所述pi控制器用于對(duì)所述q軸分量進(jìn)行pi處理后獲得ω^p，表示鎖相環(huán)測(cè)量得到的電網(wǎng)頻率；所述積分器的輸入端連接至所述pi控制器的輸出端；所述積分器用于對(duì)所述ω^p進(jìn)行積分處理后獲得電網(wǎng)電壓相θ^p，作為park變換的反饋輸入端。

更進(jìn)一步地，信號(hào)處理器包括：對(duì)于鎖相環(huán)的第一輸出端的來(lái)說(shuō)，為依次連接的第一誤差放大器和第一相位補(bǔ)償器，其輸入端用于接收d軸分量對(duì)于鎖相環(huán)的第二輸出端的則是依次連接的高通濾波器、第二誤差放大器，第二相位補(bǔ)償器；所述的高通濾波器的輸入端用于接收q軸分量所述第一相位補(bǔ)償器的輸出端用于輸出轉(zhuǎn)子側(cè)電流環(huán)輔助控制信號(hào)irdcon；所述第二相位補(bǔ)償器的輸出端用于輸出網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)輔助控制信號(hào)irqcon。

更進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器包括：依次連接的加法器，pi調(diào)節(jié)器，矢量調(diào)制器svm以及開(kāi)關(guān)電路；所述加法器的第一輸入端用于接收轉(zhuǎn)子側(cè)電流參考指令值idref/iqref，第二輸入端用于接收電流輔助控制信號(hào)irdcon/irqcon，第三輸入端用于接收轉(zhuǎn)子電流的q軸分量ird/irq，所述開(kāi)關(guān)電路的輸出端輸出用于控制發(fā)電機(jī)的電流控制指令ir；當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，電流輔助控制信號(hào)irdcon/irqcon為零，idref/iqref與ird/irq經(jīng)過(guò)相加后得到電流誤差值，電流誤差值依次經(jīng)過(guò)pi調(diào)節(jié)和矢量調(diào)制后獲得用于控制所述第一開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)序列的轉(zhuǎn)子電壓控制信號(hào)；當(dāng)電網(wǎng)電壓由于同步發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩而產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，irdcon/irqcon不為零，檢測(cè)到電網(wǎng)的電壓幅值和相位波動(dòng)成分通過(guò)加法器作用于電流環(huán)控制支路上，通過(guò)改變電流控制指令ird/irq，從而改變轉(zhuǎn)子側(cè)變換器輸出的轉(zhuǎn)子電壓的幅值和相位，從而改變同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，進(jìn)而使定子輸出電壓發(fā)生改變，同步輸電線路影響同步發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)的幅值和相位，從而振蕩提供正阻尼，抑制同步發(fā)電機(jī)的振蕩。

本發(fā)明還提供了一種基于上述的雙饋型風(fēng)電機(jī)組抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩的方法，包括下述步驟：

(1)對(duì)采集的電網(wǎng)電壓信號(hào)進(jìn)行處理后獲得代表電網(wǎng)電壓幅值的d軸分量和代表電網(wǎng)電壓相位的q軸分量

(2)將電網(wǎng)電壓幅值的d軸分量進(jìn)行誤差放大與相位補(bǔ)償處理，得到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的第一個(gè)輔助控制信號(hào)irdcon；將電網(wǎng)電壓幅值的q軸分量進(jìn)行誤差放大與相位補(bǔ)償處理，得到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的第二個(gè)輔助控制信號(hào)irqcon；

(3)當(dāng)電網(wǎng)電壓由于同步發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩而產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)改變電流控制指令ir，從而改變轉(zhuǎn)子側(cè)變換器輸出的轉(zhuǎn)子電壓的指令值，從而改變同步發(fā)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)，進(jìn)而使定子輸出電壓發(fā)生改變，同步輸電線路影響同步發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)的幅值和相位，從而振蕩提供正阻尼，抑制同步發(fā)電機(jī)的振蕩。

更進(jìn)一步地，在步驟(1)中，對(duì)電網(wǎng)電壓信號(hào)進(jìn)行兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后獲得電網(wǎng)電壓幅值的d軸分量和q軸分量

通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于在大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的情況下，當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)同步機(jī)振蕩的時(shí)候，直接通過(guò)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)鎖相環(huán)信號(hào)處理并反饋控制電網(wǎng)的電壓幅值與相位，相當(dāng)于提供給同步機(jī)正的阻尼轉(zhuǎn)矩，從而抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩，比傳統(tǒng)的抑制振蕩設(shè)備要快，并且由鎖相環(huán)測(cè)量得到的電網(wǎng)振蕩信號(hào)的帶寬更大，能夠同時(shí)抑制同步機(jī)的低頻振蕩和次同步振蕩等振蕩模式，同時(shí)相對(duì)于在同步發(fā)電機(jī)中加裝其余的設(shè)備如pss穩(wěn)定器等，從經(jīng)濟(jì)性角度上能夠節(jié)約電網(wǎng)投資成本。

附圖說(shuō)明

圖1是基于本發(fā)明實(shí)例提供的雙饋型風(fēng)電機(jī)組抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩的兩機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)例提供的鎖相環(huán)控制結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)例提供的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流環(huán)控制器輔助控制信號(hào)的一種信號(hào)處理結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流環(huán)控制器輔助控制信號(hào)控制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出電壓的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明通過(guò)深入研究了鎖相環(huán)的影響，解析研究了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)功角與同步發(fā)電機(jī)功角之間相互作用，發(fā)現(xiàn)在鎖相環(huán)弱阻尼且?guī)捊咏桨l(fā)電機(jī)振蕩頻率時(shí)，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)顯著參與到振蕩中，引起持續(xù)振蕩?；诖搜芯?，本發(fā)明通過(guò)給雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器加入附加控制信號(hào)，從而控制發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)幅值相位來(lái)影響同步機(jī)內(nèi)電勢(shì)的幅值相位，從而使同步發(fā)電機(jī)得振蕩得到抑制。

本發(fā)明提供了一種基于雙饋型風(fēng)電機(jī)組抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩的方法，通過(guò)鎖相環(huán)對(duì)并網(wǎng)側(cè)電壓的信號(hào)采集并進(jìn)行park變換及后續(xù)的誤差放大和相位補(bǔ)償處理，得到可以表征系統(tǒng)振蕩兩個(gè)擾動(dòng)量，為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流控制環(huán)控制提供輔助控制信號(hào)，從而控制雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出的內(nèi)電勢(shì)幅值和相位，通過(guò)輸電線路進(jìn)一步影響同步電機(jī)內(nèi)電勢(shì)的幅值相位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了控制風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)對(duì)同步發(fā)電機(jī)提供正阻尼的作用。由振蕩理論知系統(tǒng)的正阻尼越大，系統(tǒng)振蕩就衰減得越快，系統(tǒng)阻尼不足可能會(huì)導(dǎo)致振蕩發(fā)散，為系統(tǒng)提供正阻尼可以有效的抑制系統(tǒng)振蕩程度。本發(fā)明可以在不改變?cè)械目刂瓶蚣芟拢ㄟ^(guò)控制風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)為同步機(jī)提供正阻尼，從而抑制同步發(fā)電機(jī)的振蕩。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性考慮，本發(fā)明采用的是通過(guò)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)有的控制，利用鎖相環(huán)檢測(cè)處理的信號(hào)為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流環(huán)控制的輔助控制信號(hào)，為同步發(fā)電機(jī)提供正阻尼，從而抑制同步發(fā)電機(jī)的振蕩。

本發(fā)明的核心內(nèi)容是利用鎖相環(huán)檢測(cè)的端電壓信號(hào)進(jìn)行處理形成兩個(gè)輔助控制信號(hào)，輔助控制雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流環(huán)來(lái)控制轉(zhuǎn)子電壓從而控制轉(zhuǎn)子變流器輸出的內(nèi)電勢(shì)幅值和相位。由前所述鎖相環(huán)得到的信號(hào)d、q軸分量分別代表了電網(wǎng)電壓幅值和角速度的擾動(dòng)分量，并經(jīng)過(guò)第一、第二誤差放大器和第一、第二相位補(bǔ)償器后得到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器輔助控制信號(hào)，從而控制了轉(zhuǎn)子側(cè)輸出內(nèi)電勢(shì)的幅值和相位。因此當(dāng)同步機(jī)發(fā)生次同步振蕩的時(shí)候，鎖相環(huán)通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)電壓波動(dòng)信號(hào)，形成幅值和角速度擾動(dòng)分量，反饋給轉(zhuǎn)子側(cè)電流環(huán)控制器，控制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出的電壓幅值和相位，通過(guò)輸電線路進(jìn)一步影響同步電機(jī)本身內(nèi)電勢(shì)的幅值相位，使同步發(fā)電機(jī)的振蕩得到抑制。

基本原理是：當(dāng)同步機(jī)發(fā)生振蕩時(shí)，通過(guò)輸電線路后系統(tǒng)電壓的幅值和相位也發(fā)生相應(yīng)的擾動(dòng)，利用鎖相環(huán)采集并網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)va、vb、vc，將其在鎖相環(huán)坐標(biāo)系下進(jìn)行park變換，得到q軸分量和d軸分量利用并網(wǎng)側(cè)電壓的q軸分量積分得到電網(wǎng)電壓相位的角速度變化值。經(jīng)過(guò)第一誤差放大器和第一相位補(bǔ)償器后得到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制的d軸電流指令附加補(bǔ)償信號(hào)。同理利用利用并網(wǎng)側(cè)電壓的d軸分量作為電網(wǎng)電壓的幅值擾動(dòng)分量可得到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制的q軸電流指令附加補(bǔ)償信號(hào)。附加到轉(zhuǎn)子變流器的電流控制信號(hào)中得到轉(zhuǎn)子d軸電流誤差信號(hào)和轉(zhuǎn)子q軸電流誤差信號(hào)，通過(guò)pi控制器環(huán)節(jié)得到轉(zhuǎn)子d軸電壓信號(hào)和轉(zhuǎn)子q軸電壓信號(hào)，形成轉(zhuǎn)子電壓矢量。進(jìn)而控制雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器輸出的內(nèi)電勢(shì)幅值和相位，通過(guò)輸電線路反過(guò)來(lái)影響同步電機(jī)內(nèi)電勢(shì)的幅值相位，實(shí)現(xiàn)了控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)同步發(fā)電機(jī)提供正阻尼的作用，從而可以抑制同步發(fā)電機(jī)的振蕩。

為了更進(jìn)一步的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的基于雙饋型風(fēng)電機(jī)組抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩的方法及系統(tǒng)，現(xiàn)結(jié)合附圖詳述如下：

如圖1所示，一種基于雙饋型風(fēng)電機(jī)組抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩的方法，其系統(tǒng)包括：同步發(fā)電機(jī)、同步機(jī)側(cè)電感xt、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)電感l(wèi)g、電容c、鎖相環(huán)和信號(hào)處理器。同步發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩時(shí)，通過(guò)xt使并網(wǎng)點(diǎn)電壓也發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)力資源轉(zhuǎn)化為電力傳輸?shù)诫娋W(wǎng)中，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓，進(jìn)而控制定子電壓，鎖相環(huán)通過(guò)采集電網(wǎng)電壓的幅值與相位的變化提供給轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制器，控制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)跟蹤電網(wǎng)的相位并輸出所需功率，而信號(hào)處理器為本發(fā)明方法的核心，將鎖相環(huán)采集的信號(hào)進(jìn)過(guò)處理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓變化分量的提取，進(jìn)而提供轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流環(huán)dq軸控制器的輔助控制信號(hào)，從而可通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的輔助控制信號(hào)控制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓，通過(guò)輸電線路進(jìn)一步影響同步發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)的幅值和相位，為同步機(jī)振蕩提供正阻尼，對(duì)同步發(fā)電機(jī)的振蕩起到抑制作用。

如圖2所示，鎖相環(huán)包括：park變換器11、pi控制器12和積分器13。實(shí)現(xiàn)定子電壓定向。其輸入為三相相電壓，輸出為所跟蹤表征定子端電壓矢量幅值和相位變化的d、q軸電壓分量。靜止三相坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系如式(1)所示。其中θp為鎖相環(huán)旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系的相位。

假設(shè)三相相電壓分別為

則通過(guò)式(1)可以得到旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的分量分別為

當(dāng)θ^p＝ωt+γ時(shí)，顯然有vsq＝0。則此時(shí)θ^p就等于端電壓矢量的相位，而相應(yīng)的則代表了電壓幅值。于是，利用這個(gè)原理構(gòu)造得到的鎖相環(huán)。如(2)所示，信號(hào)以跟蹤電網(wǎng)幅值為目標(biāo)；信號(hào)以跟蹤電網(wǎng)相位為目標(biāo)，通過(guò)pi控制器與與積分器可得到電壓的相位，并反饋給park變換器11，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)相位的跟蹤。為信號(hào)處理器所需要提取的兩個(gè)信號(hào)，分別代表了系統(tǒng)電壓的幅值和相位擾動(dòng)，通過(guò)信號(hào)處理器得到電網(wǎng)電壓相應(yīng)的波動(dòng)分量用于轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)輔助控制。

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)由于大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)情況下，由于系統(tǒng)阻尼變?nèi)跚闆r下可能引發(fā)的同步機(jī)振蕩的問(wèn)題。本發(fā)明提出的基于雙饋風(fēng)機(jī)的抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩的方法最終目標(biāo)是要通過(guò)鎖相環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)生振蕩的頻率信號(hào)，作為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)電流控制的輔助控制信號(hào)，從而控制轉(zhuǎn)子側(cè)的輸出電壓，通過(guò)輸電線路進(jìn)一步影響同步電機(jī)本身內(nèi)電勢(shì)的幅值相位，增加同步發(fā)電機(jī)的阻尼進(jìn)而抑制同步發(fā)電機(jī)的振蕩，為大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定提供一種可行的解決方案。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)鎖相環(huán)和檢測(cè)信號(hào)的信號(hào)處理器構(gòu)成生成轉(zhuǎn)子側(cè)電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)，控制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的輸出電壓。鎖相環(huán)1通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)電壓得到代表電網(wǎng)電壓幅值的波動(dòng)，代表電壓相位的波動(dòng)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器2得到轉(zhuǎn)子側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的輔助控制信號(hào)irdcon/irqcon控制轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的輸出電壓。

圖2所示為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)典型的鎖相環(huán)控制器，其檢測(cè)電網(wǎng)電壓信號(hào)va、vb、vc后，將其在鎖相環(huán)坐標(biāo)系下通過(guò)進(jìn)行park變換，得到q軸分量和d軸分量鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)包括park變換器11，pi控制器12和積分器13，其中park變換器11用于將電網(wǎng)三相正弦波量向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換，電壓q軸分量通過(guò)pi控制器12得到ω^p，再通過(guò)積分器13得到電網(wǎng)電壓相θ^p。其中信號(hào)處理器2需要接收的信號(hào)是q軸分量和d軸分量分別代表了電壓幅值與相位的波動(dòng)。

圖3所示為信號(hào)處理器2的具體結(jié)構(gòu)，包含了高通濾波器23，第一誤差放大器21和第二誤差放大器24，以及第一相位補(bǔ)償器22和第二相位補(bǔ)償器25。將鎖相環(huán)1中所得到兩個(gè)擾動(dòng)信號(hào)通過(guò)通濾波器23后得到電網(wǎng)電壓幅值的變化分量，為了使雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)響應(yīng)電網(wǎng)電壓的幅值和角速度波動(dòng)的分量，因此需要設(shè)置的兩個(gè)參數(shù)不一樣的誤差放大器和兩個(gè)相位補(bǔ)償器，從而使電網(wǎng)電壓的幅值和角速度波動(dòng)分量通過(guò)兩路誤差放大器和相位補(bǔ)償器后，分別得到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)輔助控制信號(hào)irdcon和irqcon。

圖4所示為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)控制器3，其中包括加法器31，pi調(diào)節(jié)器32，矢量調(diào)制器svm33，以及開(kāi)關(guān)電路36。信號(hào)irdcon和irqcon為信號(hào)處理器2輸出的電流輔助控制信號(hào)，irdref和irqref為電流參考指令值，ird和irq為轉(zhuǎn)子電流的d、q軸分量。當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由鎖相環(huán)檢測(cè)得到的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)高通濾波器23時(shí)為零，并且采用定向，因此由式(2)分析可知所以irqcon和irdcon信號(hào)為零，此時(shí)電流環(huán)控制器相當(dāng)于典型的電流環(huán)控制器，irdref與ird經(jīng)過(guò)加法器31得到電流誤差值，經(jīng)過(guò)pi調(diào)節(jié)器32得到轉(zhuǎn)子電壓d軸分量urd，irqref與irq經(jīng)過(guò)加法器34得到電流誤差值，經(jīng)過(guò)pi調(diào)節(jié)器35得到轉(zhuǎn)子電壓q軸分量urq，urd和urq經(jīng)矢量調(diào)制器svm33得到轉(zhuǎn)子電壓控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)電路36的開(kāi)關(guān)序列；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生低頻振蕩的情況下，irqcon和irdcon檢測(cè)到電網(wǎng)的電壓幅值和角速度的波動(dòng)成分，從而通過(guò)加法器31和34作用于電流環(huán)控制支路上，通過(guò)改變電流控制指令，從而改變轉(zhuǎn)子側(cè)變換器輸出的轉(zhuǎn)子電壓，從而控制轉(zhuǎn)子變流器輸出電流，進(jìn)而使定子輸出電壓發(fā)生改變，通過(guò)輸電線路影響同步機(jī)本身內(nèi)電勢(shì)的幅值和相位，抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩。

一種基于雙饋型風(fēng)電機(jī)組抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩的方法，包括下述步驟：

第一步，首先鎖相環(huán)采集電網(wǎng)電壓信號(hào)，得到兩個(gè)表征同步機(jī)振蕩的電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的d軸分量q軸分量

第二步，將通過(guò)信號(hào)處理器的高通濾波器得到電壓擾動(dòng)分量，再分別將通過(guò)信號(hào)處理器的兩路誤差放大器與相位補(bǔ)償器，得到轉(zhuǎn)子側(cè)電流環(huán)控制器的輔助控制信號(hào)irqcon和irdcon；

第三步，通過(guò)信號(hào)處理器得到的輔助控制信號(hào)，與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流環(huán)dq軸控制回路一起構(gòu)成了閉環(huán)，控制雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)輸出電壓，通過(guò)輸電線路進(jìn)一步影響同步發(fā)電機(jī)本身的內(nèi)電勢(shì)幅值和相位，為系統(tǒng)提供正阻尼，進(jìn)而抑制同步發(fā)電機(jī)的振蕩。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)情況下，克服了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)同步發(fā)電機(jī)阻尼影響不明確的局限性，對(duì)同步發(fā)電機(jī)振蕩具有比較好的抑制效果，從原理上來(lái)看簡(jiǎn)單易懂，從實(shí)現(xiàn)與經(jīng)濟(jì)上考慮，在不改變雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)有控制策略的情況下，只需要通過(guò)添加輔助控制模塊產(chǎn)生相應(yīng)的輔助控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)抑制同步機(jī)振蕩，相對(duì)于通過(guò)接入其他設(shè)備比如電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(pss)等用于抑制同步機(jī)振蕩，相比較而言本發(fā)明方法是具有很好的經(jīng)濟(jì)性與可實(shí)現(xiàn)性。

本發(fā)明提出的基于雙饋風(fēng)機(jī)的抑制同步發(fā)電機(jī)振蕩的方法，具有很好的經(jīng)濟(jì)性與易操作性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。