一种用于直驱式风机次同步振荡的外特性分析方法与流程

本发明属于电力系统领域，涉及风电并网运行与控制技术，具体涉及一种用于直驱式风机次同步振荡的外特性分析方法。
背景技术：
：目前，风电大规模集中式并网外送已经成为最为广泛的风电外送形式，直驱式风机凭借其结构简单、高效率和高可靠性等优点逐渐成为主流的机型之一。直驱式风机通过背靠背的pwm变流器接入电网，不能显著地提供系统的惯性，故直驱式风机与弱交流电网相互作用时，系统中时有发生次同步频率范围(2～50hz)的功率振荡。直驱式风机并网的控制策略复杂，不同厂家的控制参数差异较大，因此直驱式风电发生次同步振荡的内在机理并不明确。直驱式风机并网发生次同步振荡的频率范围难以预测，其相应的抑制措施也存在着是否具有普遍性和适用性的问题。直驱式风机并网发生次同步振荡时，必定伴随能量的相互交换，即电感和电容两种储能元件间的能量交换。系统中存在电阻和电感，因此直驱式风机并网发生次同步振荡的外特性必定呈现出负电阻和容抗的阻抗特性，当直驱式风机的外阻抗特性中的负电阻绝对值大于系统中总电阻时，就会发生次同步振荡。因此研究直驱式风机并网的外特性可以分析次同步振荡发生的可能性和严重性，考察直驱式风机可能发生次同步振荡的频率范围，并对直驱式风机并网的安全稳定运行有着重要的意义。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种用于直驱式风机次同步振荡的外特性分析方法，在不影响直驱式风机正常并网的基础上，考察发生次同步振荡的频率范围。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：步骤一、在风机正常运行过程中，向直驱式风机并网点处注入小值的次同步频率电流isub，所述小值的次同步频率电流isub的大小在风机正常运行电流的十分之一以内；步骤二、测量风机并网点处的电压，并且经过滤波获得次同步频段的电压usub；步骤三、分析次同步频段电压和电流的幅值相位关系，按照公式求解出直驱式风机在次同步频段下的外阻抗特性；步骤四、计算出直驱式风机在次同步频段下呈现的负电阻值和容抗值再结合系统中的电阻r和电抗值2πfsubl，按照公式计算得到次同步振荡的频率fsub；上式中的为直驱式风机外特性的阻抗角；步骤五、改变注入的次同步频率，重复步骤二至步骤四，根据直驱式风机在不同的次同步振荡频率下的外阻抗特性，分析直驱式风机易发生次同步振荡的薄弱点。所述步骤一中电流isub的频率范围为10hz～40hz。所述步骤二通过10阶巴特沃斯带通滤波器进行滤波。所述巴特沃斯带通滤波器的截止频率为5hz～45hz。所述的步骤三通过全波傅氏算法分析次同步频段电压和电流的幅值相位关系。所述步骤四中若|rsub|≥r，则直驱式风机则会发生次同步振荡。与现有技术相比，本发明通过在风机正常运行过程中，向直驱式风机并网点处注入小值的次同步频率电流，即在直驱式风机并网点处并联一个附加的次同步频率小值电流源，获得相应次同步频段的电压之后，进而就能够准确求解出直驱式风机在次同步频段下的外阻抗特性，然后根据风机外特性呈现的负电阻和容抗值与系统侧的电阻和感抗值，得到直驱式风机并网系统的l-c-r等值电路，通过对该l-c-r等值电路进行串联谐振分析，最终能够得到振荡是否发生以及发生的振荡频率为多少，操作简单，分析结果准确。附图说明图1本发明的整体操作流程图；图2直驱式风机并网的外特性分析法原理图；图3直驱式风机单机无穷大系统仿真模型图；图4直驱式风机次同步振荡的外阻抗特性图；图5直驱式风机并网点电流的频谱分析图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图1，本发明用于直驱式风机次同步振荡的外特性分析方法包括以下步骤：步骤一：不影响风机正常运行的前提下，向直驱式风机并网点处注入小值(风机正常运行电流的十分之一以内)的次同步频率电流isub，频率范围为10-40hz；步骤二：然后测得风机并网点处的电压，并用10阶巴特沃斯带通滤波器(截止频率为5-45hz)获得次同步频段的电压usub；步骤三：利用全波傅氏算法分析次同步频段电压和电流的幅值相位关系，求解出直驱式风机在次同步频段下的外阻抗特性，即步骤四：根据本发明中提出的直驱式风机外特性分析方法，准确地计算出直驱式风机在次同步频段下呈现的负电阻和容抗值再结合系统中的电阻r和电抗值2πfsubl,计算得到次同步振荡的频率fsub；是直驱式风机外特性的阻抗角；次同步振荡的频率计算方法：步骤五：改变注入小值电流的次同步频率，重复步骤二至步骤四，分析直驱式风机发生次同步振荡的薄弱点。只要|rsub|≥r，直驱式风机就会发生次同步振荡；参见图2，3，仿真系统模型为单机无穷大系统，即一台1.6mw/0.69kv的直驱式风机通过0.69/35kv箱变接入35kv的无穷大系统。详细的仿真参数如下表所示。表1：仿真系统的参数仿真系统参数数值风机额定容量/mw1.6风机额定电压/kv0.69滤波电感/h0.001变流器开关频率/khz5联接电阻/ω3.57联接电感/h0.033变压器短路电压百分数6％变压器额定容量/mva2在直驱式风机接入电网处注入0.05ka的次同步频率(17.5hz)电流，通过10阶巴特沃斯带通滤波器(截止频率为5-45hz)将流入直驱式风机的电流和并网点处电压进行滤波，获得电压和电流的次同步频段分量。根据次同步频段的电压和电流，计算出直驱式风机的外阻抗特性，最终以电阻和电抗值的形式将直驱式风机的外特性呈现如图4所示。折算到35kv侧后，可得直驱式风机的外特性中电阻平均值为rsub＝-3.64ω，电容c＝5.469×10-4f，35kv系统侧电阻和电感分别为r＝3.5743ω，l＝0.1495h。此时系统呈现次同步负阻尼的状态，次同步振荡频率为为了说明该计算方法的准确性，针对直驱式风机并网的单机无穷大模型进行电磁暂态的时域仿真。仿真结果表明，直驱式风机发生了频率为17.43hz的次同步振荡，并网点电流频谱分析如图5所示，本发明的外特性分析方法与电磁暂态仿真的结果非常一致，因此该方法能够分析直驱式风机是否发生次同步振荡并计算其振荡频率，具有较强的实用性。以上实施例仅为本发明推荐的一个模拟实施例，其结构与参数并不以任何形式限制本发明。该领域技术人员所做的基于
发明内容原则内的任何修改、变更及改进等，将不影响该发明本质内容，均应在本发明的权利保护范围内。当前第1页12