宽频带附加次/超同步振荡控制方法和控制系统与流程

本发明涉及电力系统控制技术领域，具体涉及一种宽频带附加次/超同步振荡控制方法和控制系统。

背景技术：

风能是分布广泛的清洁可持续能源，我国风力发电正持续快速发展。考虑到我国的资源和负荷中心的逆向分布，大规模风电远距离外送成为必然趋势。当风电场通过含串联补偿电容输电线路外送功率时可能会发生以感应发电机效应为主的次/超同步谐振或振荡，影响电力系统的安全稳定运行。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种宽频带附加次/超同步振荡控制方法。

本发明的第二个目的在于提出一种宽频带附加次/超同步振荡控制系统。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种宽频带附加次/超同步振荡控制方法，包括以下步骤：S1：采集风机侧总的三相电流i_c或者线路侧总的三相电流i_L；S2：对所述风机侧总的三相电流i_c或者所述线路侧总的三相电流i_L进行滤波，滤出次同步和超同步谐波分量；S3：对测量、滤波器和所述静止无功发生器产生的相位延迟进行补偿，和/或进行预定的相位偏移和幅值补偿中的至少一种；S4：将经补偿或偏移后的电流信号转化为静止无功发生器的参考电流I_SVG，具体包括：当采集的信号为风机侧电流i_c时，

当采集的信号为线路侧电流i_L时，

其中，I_L,abc(s)和I_c,abc(s)分别表示经前述信号处理后的线路侧和风机侧a,b,c三相电流；I_SVG,abc(s)表示求出来的静止无功发生器的附加参考电流；R_L、L_L分别表示线路侧的等效电阻和电感，R_SVG、L_SVG分别表示可设定的所述静止无功发生器的附加等效电阻和电感；S5：根据参考电流I_SVG和所述静止无功发生器接收的参考值计算发送给所述静止无功发生器的附加控制信号；S6：对所述附加控制信号进行调整，以使所述控制信号在预设的范围内。

根据本发明实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制方法，实时采集风机侧或者线路侧的总电流，计算出附加控制信号，通过控制静止无功发生器，在谐振发生的次/超同步频率处，将静止无功发生器等效为并联在母线处的感性阻抗，破坏系统谐振发生的条件，从而有效抑制风电场接入时系统的次/超同步谐振。

另外，根据本发明上述实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，步骤S2进一步包括：使用带阻滤波器滤除所述风机侧总电流i_c或者所述线路侧总电流i_L的基波分量；和/或使用带通滤波器过滤出所述次同步和超同步谐波分量。

进一步地，步骤S5进一步包括：当所述静止无功发生器接收的参考值为电流时，其中，为静止无功发生器的附加电流参考信号；当所述静止无功发生器接收的参考值为接入母线电压时，其中，为静止无功发生器的附加电压参考信号；当所述静止无功发生器接收的参考值为无功功率时，Δq^*＝I_SVG,abc·V_abc，其中，Δq^*为静止无功发生器的附加瞬时无功功率参考值，V_abc表示静止无功补偿器接入母线的三相电压基波分量。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种宽频带附加次/超同步振荡控制系统，包括：信号采集与转换模块，用于采集风机侧总的三相电流i_c或者线路侧总的三相电流i_L，并转换为相应的数字信号；滤波模块，用于对所述风机侧总的三相电流i_c或者所述线路侧总的三相电流i_L进行滤波，滤出次同步和超同步谐波分量；比例移相模块，用于对测量、滤波器和静止无功发生器产生的相位延迟进行补偿，和/或进行预定的相位偏移和进行相应的幅值补偿中的至少一种；参考电流计算模块，用于将经补偿或偏移后的电流信号转化为静止无功发生器的参考电流I_SVG；附加控制信号计算模块，用于根据所述静止无功发生器参考电流I_SVG和所述静止无功发生器接收的参考值计算发送给所述静止无功发生器的附加控制信号；以及控制信号限幅模块，用于对所述附加控制信号进行调整，以使所述控制信号在预设的范围内。

根据本发明实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制系统，实时采集风机侧或者线路侧的总电流，计算出附加控制信号，通过控制静止无功发生器，在谐振发生的次/超同步频率处，将静止无功发生器等效为并联在母线处的感性阻抗，破坏系统谐振发生的条件，从而有效抑制风电场接入时系统的次/超同步谐振。

另外，根据本发明上述实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制系统，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述滤波模块包括：带阻滤波器，用于滤除所述风机侧总电流i_c或者所述线路侧总电流i_L的基波分量；和/或带通滤波器，过滤出所述次同步和超同步谐波分量。

进一步地，所述附加控制信号计算进一步用于：当所述静止无功发生器接收的参考值为电流时，其中，为静止无功发生器的附加电流参考信号；当所述静止无功发生器接收的参考值为接入母线电压时，其中，为静止无功发生器的附加电压参考信号；当所述静止无功发生器接收的参考值为无功功率时，Δq^*＝I_SVG,abc·V_abc，其中，Δq^*为静止无功发生器的附加瞬时无功功率参考值，V_abc表示静止无功补偿器接入母线的三相电压基波分量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制方法工作原理示意图；

图3是本发明一个实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

本申请的发明人经过大量创造性劳动发现，当风机并网后整个系统中的等效感抗与容抗参数匹配恰当(满足谐振条件)时，即会发生谐振，消除谐振常常采取的有效方法是改变系统运行方式以改变系统参数，破坏谐振条件。因此针对上述风电场接入引起的次/超同步谐振问题，最基本的解决方法之一是破坏系统谐振发生的条件。通过采取一定的附加措施，如并联静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)并采用适当的控制，避免形成不利的谐振回路，可有效抑制系统的次/超同步谐振问题。

以下结合附图描述根据本发明实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制方法。

图1是本发明一个实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制方法的流程图，图2是是本发明一个实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制方法工作原理示意图。请参考图1和图2，一种宽频带附加次/超同步振荡控制方法，包括以下步骤：

S1：采集风机侧总的三相电流i_c或者线路侧总的三相电流i_L。

具体地，采集风机侧总的三相电流i_c或者线路侧总的三相电流i_L。对于上述信号可以按照定间隔采样方法进行采集，对采集到的模拟信号进行模数转换，获得相应的数字量。可实现信号采集以及模数转换的方法均适用于本发明中。但风机侧支路或电网侧支路是多条时，可分别采集各条线路的电流，并通过加和的方式得到总电流；也可以根据实际系统中支路数的多少，优先选择支路少的一侧进行信号采集。

S2：对风机侧总的三相电流i_c或者线路侧总的三相电流i_L进行滤波，滤出次同步和超同步谐波分量，以消除工频信号对该附加次/超同步振荡控制方法的影响，以及获得所包含的谐波电流。在本发明的一个示例中，次同步和超同步谐波分别为5～45Hz，55～95Hz。

具体地，本发明实施例其次执行信号滤波处理步骤。该步骤的目的是从采集到的原始三相电流信号中滤掉基波信号，过滤出所关注的次/超同步谐波分量，同时降低噪声的影响，可采用以下处理方法之一实现：

1)带阻滤波器，目的是滤除基波分量(中国对应50Hz)；

2)带通滤波器，目的是过滤出次/超同步频率信号，在中国其频率范围在5～45Hz和55～95Hz范围内，其实现形式多样。

3)以上1)和2)的组合。

S3：对测量、滤波器和静止无功发生器产生的相位延迟进行补偿，和/或进行预定的相位偏移和对滤波后的信号进行幅值补偿中的至少一种。

具体地，对测量、滤波器和静止无功发生器产生的相位延迟进行补偿，和/或根据控制需要设定必要的相位偏移。根据系统特性，比例/移相环节可采用以下方法之一实现：

1)移相器，目的是对滤波后的电流信号进行适当的相位补偿，或根据控制需要设定必要的相位偏移，实现方法多样，譬如高通/低通滤波式移相器；

2)比例环节，目的是对滤波后的信号进行适当的幅值补偿；

3)上述1)和2)的串联组合。

典型的传递函数实现方法如下：

其中，k表示比例系数；T表示时间常数；n表示传递函数分子和分母的阶数，为正整数。

S4：将经补偿或偏移后的电流信号转化为静止无功发生器的参考电流I_SVG，具体包括：

当采集的信号为风机侧电流i_c时，

当采集的信号为线路侧电流i_L时，

其中，I_L,abc(s)和I_c,abc(s)分别表示经前述信号处理后的线路侧和风机侧a,b,c三相电流；I_SVG,abc(s)表示求出来的SVG附加参考电流；R_L、L_L分别表示线路侧的等效电阻和电感，R_SVG、L_SVG分别表示可设定的静止无功发生器的附加等效电阻和电感。

S5：根据参考电流I_SVG和静止无功发生器接收的参考值计算发送给静止无功发生器的附加控制信号。

具体地，附加控制信号计算的主要作用是根据前一步计算得到的附加电流参考值I_SVG，计算出可直接发送给静止无功发生器的附加控制信号。对应于静止无功发生器接收的不同参考值，该环节分为以下三种情况：

1)当静止无功发生器接收的参考值为电流时，该环节的计算公式为：

其中为静止无功发生器的附加电流参考信号。

2)当静止无功发生器接收的参考值为接入母线电压时，该环节的计算公式为：

其中为静止无功发生器的附加电压参考信号。

3)当静止无功发生器接收的参考值为无功功率时，以吸收感性无功为正方向，则该环节的计算公式为：

Δq^*＝I_SVG,abc·V_abc

其中，Δq^*为静止无功发生器的附加瞬时无功功率参考值，V_abc表示静止无功补偿器接入母线的三相电压基波分量。

S6：对附加控制信号进行调整，以使控制信号在预设的范围内。

具体地，较大的附加控制信号有可能会损坏静止无功发生器的控制器，因此需要控制信号限幅环节，其主要目的是把输出的控制信号幅度限定在一定的范围内，当输入的控制信号超过或低于某一参考值后，输出的控制信号将将被限制为某一恒定值，且不随输入信号变化。

该环节可采用简单的数字式双向限幅器，典型的计算公式如下：

其中，X_in表示限幅环节输入的附加控制信号，对应于静止无功发生器接收的不同参考值；X_out表示限幅环节输出的实际作用于静止无功发生器的附加控制信号；X_max、X_min分别表示因静止无功补偿器或其他制约条件造成的其可接受的最大、最小附加控制信号值。

值得一提的是，以上信号处理是在abc三相坐标中进行的，也可以将信号先做正向Park变换，得到dq坐标系的量，然后对应进行计算，得到dq坐标系下的控制量，如果静止无功发生器的控制接口是定义在dq坐标系下的，则可直接输出到该控制接口；而如果静止无功发生器的控制接口是定义在abc坐标系下的，则通过反向Park变换，得到abc坐标下的控制信号。

本发明实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制方法，发明原理简单，可根据系统特性自动调节静止无功发生器的控制信号，达到抑制次/超同步振荡的目的；整个环节包括信号采集与转换、滤波、限幅等，均可以由简单电路实现，整个结构简单，易于工程实现，而且可以采用模块化结构，安装调试灵活方便，且易于扩展；对次/超同步振荡的信号处理采用单一宽频带模式，参数少，易于设计和现场调节，适用于系统振荡模式单一或多个模式可采用一致增益和移相环节的情况。

以下结合附图描述根据本发明实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制系统。

图3是本发明一个实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制系统的结构示意图。请参考图3，一种宽频带附加次/超同步振荡控制系统，包括：信号采集与转换模块210、滤波模块220、比例移相模块230、参考电流计算模块240、附加控制信号计算模块250和控制信号限幅模块260。

信号采集与转换模块210用于采集风机侧总的三相电流i_c或者线路侧总的三相电流i_L转换为相应的数字信号。

具体地，具体地，采集风机侧总的三相电流i_c或者线路侧总的三相电流i_L。对于上述信号可以按照定间隔采样方法进行采集，对采集到的模拟信号进行模数转换，获得相应的数字量。可实现信号采集以及模数转换的方法均适用于本发明中。但风机侧支路或电网侧支路是多条时，可分别采集各条线路的电流，并通过加和的方式得到总电流；也可以根据实际系统中支路数的多少，优先选择支路少的一侧进行信号采集。

滤波模块220用于对风机侧总的三相电流i_c或者线路侧总的三相电流i_L进行滤波，滤出次同步和超同步谐波分量。

在本发明的一个示例中，次同步和超同步谐波频率分别为5～45Hz，55～95Hz。

具体地，本发明实施例其次执行信号滤波处理步骤。该步骤的目的是从采集到的原始三相电流信号中滤掉基波信号，过滤出所关注的次/超同步谐波分量，同时降低噪声的影响，可采用以下处理方法之一实现：

1)带阻滤波器，目的是滤除基波分量(中国对应50Hz)；

2)带通滤波器，目的是过滤出次/超同步频率信号，在中国其频率范围在5～45Hz和55～95Hz范围内，其实现形式多样。

3)以上1)和2)的组合。

比例移相模块230用于对测量、滤波器和静止无功发生器产生的相位延迟进行补偿，和/或进行预定的相位偏移和对滤波后的电流信号进行相应的幅值补偿中的至少一种。

具体地，对测量、滤波器和静止无功发生器产生的相位延迟进行补偿，和/或根据控制需要设定必要的相位偏移。根据系统特性，比例移相环节可采用以下方法之一实现：

1)移相器，目的是对滤波后的电流信号进行适当的相位补偿，或者根据控制需要设定必要的相位偏移，实现方法多样，譬如高通/低通滤波式移相器；

2)比例环节，目的是对滤波后的信号进行适当的幅值补偿；

3)上述1)和2)的串联组合。

典型的传递函数实现方法如下：

其中，k表示比例系数；T表示时间常数；n表示传递函数分子和分母的阶数，为正整数。

参考电流计算模块240用于将经补偿或偏移后的电流信号转化为静止无功发生器的参考电流I_SVG。

具体地，当采集的信号为风机侧电流i_c时，

当采集的信号为线路侧电流i_L时，

其中，I_L,abc(s)和I_c,abc(s)分别表示经前述信号处理后的线路侧和风机侧a,b,c三相电流；I_SVG,abc(s)表示求出来的SVG附加参考电流；R_L、L_L分别表示线路侧的等效电阻和电感，R_SVG、L_SVG分别表示可设定的静止无功发生器的附加等效电阻和电感。

附加控制信号计算模块250用于根据静止无功发生器的参考电流I_SVG和静止无功发生器接收的参考值计算发送给静止无功发生器的附加控制信号。

具体地，附加控制信号计算的主要作用是根据前一步计算得到的附加电流参考值，计算出可直接发送给静止无功发生器的附加控制信号。对应于静止无功发生器接收的不同参考值，该环节分为以下三种情况：

1)当静止无功发生器接收的参考值为电流时，该环节的计算公式为：

其中为静止无功发生器的附加电流参考信号。

2)当静止无功发生器接收的参考值为接入母线电压时，该环节的计算公式为：

其中为静止无功发生器的附加电压参考信号。

3)当静止无功发生器接收的参考值为无功功率时，以吸收感性无功为正方向，则该环节的计算公式为：

Δq^*＝I_SVG,abc·V_abc

其中，Δq^*为静止无功发生器的附加瞬时无功功率参考值，V_abc表示静止无功补偿器接入母线的三相电压基波分量。

控制信号限幅模块260用于对所述附加控制信号进行调整，以使所述控制信号在预设的范围内。

具体地，较大的附加控制信号有可能会损坏静止无功发生器的控制器，因此需要控制信号限幅环节，其主要目的是把输出的控制信号幅度限定在一定的范围内，当输入的控制信号超过或低于某一参考值后，输出的控制信号将将被限制为某一恒定值，且不随输入信号变化。

该环节可采用简单的数字式双向限幅器，典型的计算公式如下：

其中，X_in表示限幅环节输入的附加控制信号，对应于静止无功发生器接收的不同参考值；X_out表示限幅环节输出的实际作用于静止无功发生器的附加控制信号；X_max、X_min分别表示因静止无功发生器或其他制约条件造成的其可接受的最大、最小附加控制信号值。

值得一提的是，以上信号处理是在abc三相坐标中进行的，也可以将信号先做正向Park变换，得到dq坐标系的量，然后对应进行计算，得到dq坐标系下的控制量，如果静止无功发生器的控制接口是定义在dq坐标系下的，则可直接输出到该控制接口；而如果静止无功发生器的控制接口是定义在abc坐标系下的，则通过反向Park变换，得到abc坐标下的控制信号。

本发明实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制方法，发明原理简单，可根据系统特性自动调节静止无功发生器的控制信号，达到抑制次/超同步振荡的目的；整个环节包括信号采集与转换、滤波、限幅等，均可以由简单电路实现，整个结构简单，易于工程实现，而且可以采用模块化结构，安装调试灵活方便，且易于扩展；对次/超同步振荡的信号处理采用单一宽频带模式，参数少，易于设计和现场调节，适用于系统振荡模式单一或多个模式可采用一致增益和移相环节的情况。

另外，本发明实施例的宽频带附加次/超同步振荡控制方法和控制系统的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。