一种抑制双馈风电机组次同步振荡的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于发电技术领域，尤指一种抑制双馈风电机组次同步振荡的方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 随着风电的迅速发展，由于双馈感应发电机的控制系统能根据风速的变化最大限 度的捕获风能、可实现有功无功的灵活控制等特殊的优点，而被广泛使用。但风电资源又与 负荷中心呈逆向分布，串补技术可大幅度提1?系统稳定极限从而提1?输电能力，在1?压输 电线路中被广泛采用。但串补度高时，线路中可能由于扰动产生频率低于额定频率的电气 谐振，如果发电机的某个轴系自然扭振频率与电气谐振频率互补，就会产生扭振放大作用， 即次同步振荡，会损坏风电机组并危及风电系统并网安全稳定运行，已引起国内外大量学 者的关注，是目前研究的热点问题，具有很重要的现实意义。
[0003] 风力发电引起的次同步振荡问题在工程实际中发生较晚，目前国内外的研究均较 少。由于风电机组结构、并网方式与传统火电机组的本质区别，常规火电机组在次同步振荡 抑制方面的研究成果不能直接应用于风电引起的次同步振荡分析。针对风电机组的次同步 振荡问题，目前已提出了一些抑制的方法。但这些方法多采用在DFIG附近安装FACTS装置， 成本较高，并且FACTS与DFIG的交互作用使得FACTS的参数整定较为困难，在工程实际中 实现较为困难。
[0004] 无论火电系统还是风电系统,发生次同步振荡的根本原因都可归结于系统的电气 负阻尼超过了机械正阻尼，使得整个系统阻尼为负值。所以，要抑制次同步振荡，就应从增 加系统阻尼的角度来考虑，而对一个固定系统而言，其机械阻尼一般不易改变，因此需从改 善电气阻尼方面来着手。对于双馈风电机组（DFIG)，可在其自身的控制系统中利用相位补 偿原理以附加阻尼模块，增加系统阻尼，从而达到有效抑制双馈风电机组次同步振荡的目 的。
[0005] 系统在次同步频率下的电气阻尼^定义为电磁转矩变化量ΛΤ与发电机转子转 速偏移量Λ 的比值，即
[0007] 式中，转子转速偏移量
当Δ?；与Λ 之间的相角差大于 90°，则电气阻尼队为负值，且其绝对值|D」较大时，有可能使电气阻尼的负值大于机械阻 尼的正值，从而使系统阻尼D呈负值，导致系统振荡得以维持甚至发散。
[0008] 目前，对次同步振荡的附加阻尼控制器的设计，主要是为了减弱发电机转子轴系 的扭转振荡，所以现有论文及专利设计的阻尼器大部分是以发电机的转速偏差△ ^为输 入信号，通过适当的模块处理，进行相位补偿，得到一个附加的电磁转矩ΛΤ/，使其和Λ?； 的合成向量与Λ 的相角差小于90°，则系统将得到正的阻尼转矩，且当AT/与 同相位时，附加电气阻尼D/得最大正值，阻尼效果最好。
[0009] 基于上述原理，传统设计思路如图1所示，但是，在实际的风电系统中，转子转速 偏移量△ 并不能直接获取，并且一般不会采集该数据，导致对抑制双馈风电机组的次同 步振荡造成不便。
[0010] 综上，针对双馈风电机组发生次同步振荡时，线路上产生功率振荡现象的问题，现 有解决该问题的方案还有可改进之处。
【发明内容】
[0011] 为克服双馈风电机组发生次同步振荡时线路上功率振荡的现象，本发明在现有技 术的RSC双闭环比例积分调节的矢量控制基础上（如图2所示），采用线路传输功率作为输 入信号，经过信号过滤、移相、增益放大和限幅处理进行相位补偿，附加到双馈风电机组的 转子侧变频器（RSC)的有功、无功外环控制中，构成有功和无功功率次同步振荡阻尼控制 器（subsynchronous damping controller, SSDC)，同时对有功和无功功率进行调节，增加 双馈风电机组所提供系统的电气阻尼，进而达到对双馈风电机组经串补线路外送风电时所 引起次同步振荡抑制的目的。
[0012] 为达到上述目的，本发明公开了一种抑制双馈风电机组次同步振荡的系统，包括： 双馈风电机组、有功功率阻尼控制器及无功功率阻尼控制器；其中，所述有功功率阻尼控制 器、无功功率阻尼控制器分别配置在所述双馈风电机组的转子侧变频器的有功外环控制模 块、无功外环控制模块；所述有功功率阻尼控制器或无功功率阻尼控制器包括：滤波模块、 移相模块、增益模块、限幅模块；所述有功功率阻尼控制器用于接收有功功率信号，并将所 述有功功率信号经过所述滤波模块、移相模块、增益模块、限幅模块处理后，输出有功附加 阻尼功率信号至所述有功外环控制模块；所述无功功率阻尼控制器用于接收无功功率信 号，并将所述无功功率信号经过所述滤波模块、移相模块、增益模块、限幅模块处理后，输出 无功附加阻尼功率信号至所述无功外环控制模块；所述双馈风电机组根据所述有功附加阻 尼功率信号及无功附加阻尼功率信号调节电气阻尼，抑制次同步振荡。
[0013] 为达到上述目的，本发明还提出了一种抑制双馈风电机组次同步振荡的方法，包 括：接收有功功率信号，并将所述有功功率信号经过滤波处理、移相处理、增益处理、限幅处 理后，输出有功附加阻尼功率信号；接收无功功率信号，并将所述无功功率信号经过滤波处 理、移相处理、增益处理、限幅处理后，输出无功附加阻尼功率信号；根据所述有功附加阻尼 功率信号及无功附加阻尼功率信号调节电气阻尼，抑制次同步振荡。
[0014] 本发明的抑制双馈风电机组次同步振荡的方法及系统有效消除了谐波或干扰信 号等的影响，并且还可有效抑制了双馈风电机组次同步振荡。
【附图说明】
[0015] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：
[0016] 图1为传统次同步振荡附加阻尼设计原理图。
[0017] 图2为现有技术的RSC双闭环比例积分调节的矢量控制框图。
[0018] 图3为本发明实施例的抑制双馈风电机组次同步振荡的系统示意图。
[0019] 图4A及图4B为图3中信号处理单元的结构示意图。
[0020] 图5为本发明实施例的抑制双馈风电机组次同步振荡的方法流程图。
[0021] 图6为本发明一具体实施例发生次同步振荡时输电线路上功率的振荡波形示意 图。
[0022] 图7A及图7B为本发明一具体实施例附加功率阻尼控制时线路上有功或无功功率 振荡曲线示意图。
【具体实施方式】
[0023] 以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所 采取的技术手段。
[0024] 图3为本发明实施例的抑制双馈风电机组次同步振荡系统示意图。图4A及图4B 为图3中信号处理单元的结构示意图。结合图3、图4A及图4B所示，该系统包括：双馈风 电机组1、有功功率阻尼控制器2及无功功率阻尼控制器3 ;其中，
[0025] 有功功率阻尼控制器2、无功功率阻尼控制器3分别配置在双馈风电机组1的转子 侧变频器的有功外环控制模块、无功外环控制模块；
[0026] 有功功率阻尼控制器2包括：滤波模块21、移相模块22、增益模块23、限幅模块24
[0027] 无功功率阻尼控制器3包括：滤波模块31、移相模块32、增益模块33、限幅模块 34；
[0028] 有功功率阻尼控制器2用于接收有功功率信号Ps，并将有功功率信号Ps经过滤波 模块21、移相模块22、增益模块23、限幅模块24处理后，输出有功附加阻尼功率信号P danip至 有功外环控制模块；
[0029] 无功功率阻尼控制器3用于接收无功功率信号Qs，并将无功功率信号Qs经过滤波 模块31、移相模块32、增益模块33、限幅模块34处理后，输出无功附加阻尼功率信号Q danip至 无功外环控制模块；
[0030] 双馈风电机组1根据有功附加阻尼功率信号Pdanip及无功附加阻尼功率信号Q danip调 节电气阻尼，抑制次同步振荡。
[0031] 在本实施例中,有功功率信号Ps以及无功功率信号Qs可以通过系统设备直接采集 获得，便于实现抑制双馈风电机组次同步振荡。
[0032] 在本实施例中，有功功率的参考值Ps raf来自最大风功率追踪模块，无功功率的参 考值Qs_raf -般采用恒功率因数运行时设为零。线路上传输的有功功率信号Ps和无功功率 信号Qs分别经过滤波模块21、31，移相模块22、32,增益模块23、33和限幅模块24、34的处 理后得到抑制次同步振荡的有功附加阻尼功率信号P danp及无功附加阻尼功率信号Qdanp,分 别输入转子侧变频器的有功外环控制模块和无功外环控制模块中以对其进行调节。
[0033] 在本实施例中，如图4A及图4B所示，滤波模块21、31用于阻止稳态信号的输入， 其表达式为
[0034] 其中，s为移相传递函数的复数形式自变量；
[0035] Tw为滤波模块的时间常