含串补线路的风电场次同步振荡抑制装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于可控高压并联电抗器的风电场次同步振荡抑制装置，属于电力系统控制技术领域。

背景技术：

风力发电作为可再生能源快速发展开来，大规模风电机组并网引起的次同步振荡问题也越来越明显。为了提高大规模风电并网的传输功率，会在系统中使用串补电容，然而次同步振荡也随之而来，危及电网的安全稳定运行。在风力发电机组中，双馈风力发电机组（DFIG）更容易引起次同步振荡问题。风电机组次同步振荡问题包括次同步谐振（SSR）、装置引起的次同步振荡（SSTI）和次同步控制相互作用（SSCI）。SSR是由风电机组轴系与固定串补之间的相互作用引起的，SSTI是由风电机组控制器或者相邻的FACTS装置控制器与风电机组轴系之间的作用引起的，SSCI是近年来新出现的次同步振荡问题，是由风电机组控制器与固定串补之间的相互作用引起的，实质是DFIG中的变频器对励磁电流进行快速直接的控制导致了系统中出现负阻尼。系统发生扰动所产生的谐振电流会在发电机转子上感应出对应的次同步电流，进而引起转子电流的变化，变频器的控制器监测到此变化后会调节变频器输出的转子励磁电压，进而影响发电机定、转子电流。如果输出电压助增转子电流增大，谐振电流的振荡将会加剧，进而导致系统稳定性破坏。风机的轴系很短，轴系自然扭振频率很低，串补度很高才能引发轴系扭振模态，工程中实际串补度难以满足其激发条件，因此发生SSR的概率很小，SSTI问题也并不严重。与SSR和SSTI不同，SSCI与发电机轴系完全无关，振荡频率由发电机控制系数和传输线路参数决定。由于SSCI没有机械系统参与作用，系统对振荡的阻尼作用较小，SSCI所导致的振荡发散速度更快，危害比SSR和SSTI更严重。目前抑制SSCI的方法有分散式和集中式两种方式，分散式即在每一台风机的变流器加装次同步谐振阻尼器，这类方法的抑制能力受到变流器容量的限制，成本也相对较高，维护起来比较繁琐。本实用新型提出的可控高压并联电抗器装置控制系统属于集中式控制方法。可控高压并联电抗器能根据线路输送功率的情况自动、连续、平滑的调节到额定容量，因此能够很好的满足超、特高压长距离输电网中无功平衡的要求，在超、特高压输电中得到了广泛的应用。可控高压并联电抗器在无功补偿、限制过电压和电压稳定性这些方面都发挥了重要作用。本实用新型在抑制次同步振荡的同时不会影响可控高压并联电抗器的基本功能。

技术实现要素：

本实用新型发明的目的是提出一种含串补线路的风电场次同步振荡抑制装置。通过适当的信号处理得到次同步电流参考信号，加到可控高压并联电抗器装置，进而控制可控高压并联电抗器的容量，相应的动态调整风力发电机组的无功功率、电压、有功功率，从而达到抑制次同步振荡的目的。

本实用新型提出的次同步振荡控制方法具体步骤如下：

（1）测量输电线路串补电容两端的电压信号；

（2）对上述电压信号进行滤波得到次同步电压分量信号；

（3）对上述次同步电压分量信号进行移相，得到次同步电压参考信号；

（4）通过i=u/z计算与该次同步电压参考信号成正比的次同步电流参考信号；

（5）将上述次同步电流信号协调加入到高压可控并联电抗器装置，动态调节电抗器的容量，相应的动态调整风电场的无功功率、电压、有功功率，抑制由风电机组控制器与串补电容之间相互作用引起的次同步振荡。

本实用新型的优点是：采用集中式方法抑制含串补线路的风电场次同步振荡，克服了传统分散式方法受变流器容量限制的缺点；根据测量滤波等得到的次同步电流参考信号动态调节可控高压并联电抗器的容量，避免造成容量的浪费；本实用新型采用的次同步振荡抑制方法建立在可控高压并联电抗器基本控制策略之上，不影响可控高压并联电抗器补偿无功、抑制电压波动和限制过电压的基本功能。

附图说明

图1是一种含串补输电线路的风电场次同步振荡抑制装置接入系统流程图。

图2是二阶低通滤波器典型电路图。

图3是二阶带通滤波器典型电路图。

图4是RC移相电路图。

具体实施方式

本实用新型提出的含串补输电线路的风电场次同步振荡抑制装置，其流程图如图1所示，具体方法为：

测量采集串补电容两端的电压信号；

经过低通滤波器和带通滤波器从采集到的电压中滤出次同步振荡分量，低通滤波器的传递函数为，其电路图如附图2所示，带通滤波器的传递函数为，其电路图如附图3所示。将测量得到的电压信号经过低通滤波器滤出低频信号，再经带通滤波器滤出次同步振荡分量，这样既可以准确提取次同步振荡分量又可以避免输出不需要的工频分量；

将上述次同步振荡电压分量进行移相，移相电路如附图4所示，适当补偿滤波对目标模式振荡信号产生的相移，用相量表示移相电路的传递函数为，，相移角度为；

由i=u/z计算与该次同步电压分量相对应的次同步电流参考信号；

将次同步电流参考信号输送到可控高压并联电抗器装置，采用次同步振荡控制策略在线计算得到可控高压并联电抗器容量控制信号；

将上述可控高压并联电抗器控制信号加入到可控高压并联电抗器装置，调节可控高抗器的容量，由可控高抗器动态调整风力发电机组的无功功率、电压、有功功率，补偿系统中的负阻尼。在采用适当的控制策略基础上，可控高压并联电抗器可以增加次同步频率范围的电气阻尼，从而达到控制次同步振荡的效果。本实用新型提出的次同步振荡控制系统叠加在可控高压并联电抗器功能之上，调节可控高压并联电抗器的容量按照次同步频率波动，这种容量的波动对稳态或低频变化的电压波动的影响很小，不会影响可控高抗补偿无功和抑制电压波动的基本功能。