专利名称：利用风机附加控制器提高火电机组sso阻尼的方法
技术领域：
本发明属于电カ系统领域，具体涉及ー种利用风机附加控制器提高并网火电机组次同步振荡(Subsynchronous Oscillation, SS0)阻尼的方法。
背景技术：
风能利用的潜力巨大，陆地和海上风能的可开发装机总容量达到大约7 12亿千瓦，最新评估报告提出的数据甚至可达25亿千瓦以上。随着风电场的大規模发展，风电机组的研究、制造与应用水平也在不 断发展，从过去对风能利用效率不高的恒速风机发展到追求风能最大转换效率的变速恒频风电机组。其中，基于双馈感应发电机的兆瓦级风电机组因其在运行方面表现的诸多优点，已成为当前风电市场的主流机型。在地域幅员辽阔的国家中，风电一般采用“大規模、高集中”的开发模式和“大容量、高电压、远距离”的输送模式。可将具有丰富的风カ资源的地区的风电与火电打捆外送，这样可以弥补风功率出力的不确定性所造成的大容量外送输电通道设备利用效率偏低的不利影响，保证了能源供应的稳定性和电カ系统运营经济性。但是，目前风资源丰富地区的电カ系统主网架较为薄弱，通过外送通道加装串联补偿，提升风火打捆外送能力和输电效率，是ー种可行的技术措施。将风火打捆串补外送，在提高新能源外送能力和输电效率的同时，会増大送端火电机组次同步振荡的威胁，并对电网安全稳定运行带来不利影响。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了ー种利用风机附加控制器提高火电机组SSO阻尼的方法，利用附加控制器调制双馈风电机组无功出力，提高了外送系统中火电机组次同步振荡阻尼的效果。为实现上述目的，本发明提供ー种利用风机附加控制器提高火电机组SSO阻尼的方法，其改进之处在于，所述方法包括以下步骤(I).建立风电机组与火电机组经串联补偿的外送仿真系统，所述并网外送系统包括火电机组、双馈风电机组以及串联补偿输电线路，所述双馈风电机组包括转子无功功率控制回路；(2).在所述转子无功功率控制回路中输入信号Λ Q，进行数值仿真直到所述外送系统进入稳态，记录所述火电机组的电磁转矩扰动信号Λ ；，并得到Λ ；与AQ之间的相频特性曲线；(3).在所述风电机组中设置阻尼控制器，用于消除所述外送系统的次同步振荡；(4).校验抑制发电机次同步振荡的效果；(5).微调所述阻尼控制器的參数，优化所述火电机组次同步振荡阻尼特性。本发明提供的优选技术方案中，在所述步骤I中，采用电力系统电磁暂态仿真计算工具，建立所述风电机组与所述火电机组的外送系统。
本发明提供的第二优选技术方案中，在所述步骤2中，利用傅里叶分解得到ATe与AQ间的相频特性曲线；所述信号AQ为次同步频率的无功參考指令信号。本发明提供的第三优选技术方案中，在所述步骤3中，所述阻尼控制器，通过对所述风电机组中的发电机转速偏差信号进行放大和移相，产生控制信号来调节所述风电机组的无功出力，使所述风电机组在次频域内为所述火电机组提供正电气阻尼，消除次同步振荡。本发明提供的第四优选技术方案中，在所述步骤4中，对所述风火打捆外送系统施加扰动，校验所述阻尼控制器抑制发电机次同步振荡的效果。本发明提供的第五优选技术方案中，在所述步骤I中，所述风电机组包括风功率系统、风カ发电机及风カ发电机控制系统；所述火电机组计及轴系多质量块动态特性；风カ发电机控制系统包括并列设置的转子侧控制系统和定子侧控制系统。
本发明提供的第六优选技术方案中，所述风电机组为双馈变速恒频率风电机组。本发明提供的第七优选技术方案中，所述转子侧控制系统采用基于定子磁链定向的功率解耦控制器；所述定子侧控制系统采用基于电网电压定向的功率解耦控制器。本发明提供的第八优选技术方案中，在所述步骤2中，在风电机组的无功功率控制回路中，将频率范围为5至55Hz、增量为IHz的次频域振荡信号Λ Q叠加至參考指令值Qref上，即
权利要求
1.一种利用风机附加控制器提高火电机组SSO阻尼的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 (1).建立风电机组与火电机组经串联补偿的外送仿真系统，所述并网外送系统包括火电机组、双馈风电机组以及串联补偿输电线路，所述双馈风电机组包括转子无功功率控制回路； (2).在所述转子无功功率控制回路中输入信号AQ，进行数值仿真直到所述外送系统进入稳态，记录所述火电机组的电磁转矩扰动信号△!；，并得到△!；与AQ之间的相频特性曲线； (3).在所述风电机组中设置阻尼控制器，用于消除所述外送系统的次同步振荡； (4).校验抑制发电机次同步振荡的效果； (5).微调所述阻尼控制器的参数，优化所述火电机组次同步振荡阻尼特性。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步骤I中，采用电力系统电磁暂态仿真计算工具，建立所述风电机组与所述火电机组的外送系统。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，利用傅里叶分解得到ATe与AQ间的相频特性曲线；所述信号AQ为次同步频率的无功参考指令信号。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述阻尼控制器，通过对所述风电机组中的发电机转速偏差信号进行放大和移相，产生控制信号来调节所述风电机组的无功出力，使所述风电机组在次频域内为所述火电机组提供正电气阻尼，消除次同步振荡。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，对所述风火打捆外送系统施加扰动，校验所述阻尼控制器抑制发电机次同步振荡的效果。
6.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，在所述步骤I中，所述风电机组包括风功率系统、风力发电机及风力发电机控制系统；所述火电机组计及轴系多质量块动态特性；风力发电机控制系统包括并列设置的转子侧控制系统和定子侧控制系统。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述风电机组为双馈变速恒频率风电机组。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述转子侧控制系统采用基于定子磁链定向的功率解耦控制器；所述定子侧控制系统采用基于电网电压定向的功率解耦控制器。
9.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，在风电机组的无功功率控制回路中，将频率范围为5至55Hz、增量为IHz的次频域振荡信号Λ Q叠加至参考指令值Q f上，即 55Δ0 = Σ Qkcos(ka)0t + Cpk) k=5 启动仿真计算直至系统进入稳态，提取公共周期内AQ变化数据和发电机组电磁转矩Te数据，对AQ和Te进行傅里叶分解，得到不同频率下的无功参考指令相量信号Δ淡々呌)和火电机组电磁转矩相量信号.计算出相频特性，即 Ar^ik ω0)(Pik^o) = arg(—~-)根据相频特性，确定发电机次同步振荡威胁频率点fx以及所述阻尼控制器在该频率下的补偿相位应用参数整定公式，确定阻尼控制器相关时间常数，所述参数整定公式如下 对所述阻尼控制器参数进行整定，所述阻尼控制器参数包括放大系数K、隔直环节时间常数Tw和超前滞后环节时间常数Ta、Tb。
10.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，在风电与火电打捆外送系统中，校验所述阻尼控制器抑制发电机次同步振荡的有效性；在所述外送系统发生大扰动时，仿真校验阻尼控制器抑制发电机次同步振荡的有效性。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，求取所述阻尼控制器参数，对所述次同步振荡的威胁频率点fx进行相位及幅值补偿。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述风功率系统包括依次设置的风速模拟系统、风轮机组特性模拟单元以及叶片角控制单元；所述风功率系统输出为风力发电机输入机械转矩。
13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述风力发电机组采用双馈感应发电机；所述风力发电机转子回路通过换流器与电网互联；所述风力发电机转子电压IW与不等于0，双馈感应发电机通过控制所述风力发电机转子外界电压，可控制风电机组输出的有功和无功功率；同步旋转‘坐标系下双馈感应发电机的电压方程为 =^~ Vsq+Rjsd ψUsq = + 0WSd + RJSq Urd =^T~S^+R^ ψ Urq =S￥rd +RJrd 所述电压方程中Usd、usq, urd, Urq分别为定子绕组和转子绕组电压的d轴和q轴分量；Rs和&分别为定子绕组和转子绕组相电阻JsdUsqUriUni分别为定子绕组和转子绕组的d轴和q轴分量；ωΝ为同步旋转速度；s为转子滑差；vsd、vsq> ￥rd> 分别为定子和转子d轴和q轴的磁链； 风力发电机组的磁链方程为 Vsd — (Lss+Lm) i Sd+Lm irdψ = (L +L ) i +L i Ysq^-l^ss m/ sq m rq^rd (Lrr+Lm) ird+LmiSdψ = (L +L ) i +L i其中，Lss、Lrr, Lffl分别为定子和转子的每相漏感、以及定子与转子间的互感。
14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述风机控制系统分为两层第一层为风力机最优风功率跟踪控制单元及风电机组无功功率控制单元，所述风力机最优风功率跟踪根据实时风速确定风机转子最优转速；所述风电机组无功功率控制根据无功功率控制策略确定风电机组的无功参考值；第二层为功率解耦控制单元，以第一层控制所确定的最优转速及无功功率参考值为控制目标，实现定子侧和转子侧变频器的有功和无功解耦控制。
全文摘要
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种利用附加控制器调制风电机组无功出力，提高风火打捆串补外送系统中火电机组次同步振荡阻尼的方法。本发明依据双馈风电机组转子电流有功、无功解耦控制原理，引入打捆外送火电机组轴系转速偏差为特征信号设计阻尼控制器，阻尼控制器输出为转子无功功率控制的调制分量；通过对风电机组无功功率的调节，达到增强打捆外送火电机组次同步振荡阻尼的效果。将本发明应用于大容量风火打捆串联电容补偿外送场景，能够提升火电机组次同步振荡阻尼特性，保障新能源电力安全、连续、可靠外送和电力系统安全稳定运行。
文档编号H02J3/18GK102684209SQ20121004434
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者宋云亭, 郑超, 雷虹云, 马世英 申请人:中国电力科学研究院