基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法包括以下的步骤：S1：采用TLS?ESPRIT算法对系统次同步振荡进行辨识和检测；S2：当检测到系统发生次同步振荡时，每隔一小段时间Δt判断系统中的次同步振荡的减小程度是否达到预设值；S3：判断双馈风机定子增发一级无功后，定子发出的感性无功是否超出当前风速状态下的无功调节能力的极限；S4：进行定子无功分级控制，使定子增发一级无功，返回步骤S2继续判断；S5：结束无功分级控制策略，发出告警。本发明采用分级控制可以尽量减小增发无功对原系统的影响；该方法仅需控制双馈风机定子无功功功率参考值，控制方法简单，无需改变控制器结构和增加额外投资设备，控制成本低。
【专利说明】
基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法
技术领域
[0001]本发明涉及电力系统控制领域，具体涉及一种基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法。
【背景技术】
[0002]随着风电装机容量的不断增加和串联补偿技术在大规模风电外送中的运用，国内外多处双馈风电场发生了由串联电容补偿引起的次同步振荡事故，对电力系统安全稳定运行造成严重危害。
[0003]现有研究中，风电外送系统次同步振荡抑制方法多基于经典的相位补偿控制理论，设计安装在双馈风电机组控制器中的附加阻尼控制器。虽然附加阻尼控制器属于二次侧控制，投资小于使用一次侧设备，但为了减小对原有控制系统的影响，需要增加滤波器。因此，用于抑制次同步振荡的阻尼控制器一般至少包含滤波环节，控制器增益环节和相位补偿环节，控制器结构相对较为复杂，控制代价较大。此外，风速的变化、系统运行方式的变化、系统中突发的各种故障都会导致系统运行状态发生变化，均有可能对控制器产生一定的影响，从而限制控制器的应用，失去抑制次同步振荡的效果。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的是提供一种控制方法简单，不需要对控制器结构进行改变，无需额外增加设备、控制成本低的基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法。
[0005]技术方案:为达到此目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]本发明所述的基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法，包括以下的步骤:
[0007]S1:采用TLS-ESPRIT算法对系统次同步振荡进行辨识和检测，若无次同步振荡，继续监测，若发生次同步振荡，则进入步骤S2;
[0008]S2:当检测到系统发生次同步振荡时，每隔一小段时间At进行判断，判断系统中的次同步振荡的减小程度是否达到预设值:如果达到预设值，则返回步骤SI;如果未达到预设值，则进行步骤S3;
[0009]S3:在进行无功分级控制之前，判断假设双馈风机定子增发一级无功△ Q后，定子发出的感性无功是否超出当前风速状态下的无功调节能力的极限Qs—max:若不超过，进入步骤S4 ；若超过，则进入步骤S5 ；
[0010]S4:进行定子无功分级控制，使双馈风机定子增发一级无功AQ，之后返回步骤S2继续进行判断；
[0011 ] S5:结束无功分级控制策略，发出“无功增发已到达极限，请采用其他控制手段”的生敬口目。
[0012]进一步，所述步骤S2中，次同步振荡的减小程度的预设值根据TLS-ESPRIT算法识别的次同步振荡模式指标进行设定。
[0013]进一步，所述步骤S3中，不同风速状态下的无功调节能力的极限Qs—max的求取方法为:根据双馈风机传输功率极限、转子电流限制、转子电压限制、定子电流限制和定子电压限制求取出双馈风机发出的无功功率和有功功率的对应关系；再根据最大风能跟踪控制下，双馈风机发出的有功功率和风速是一一对应的；按以上两个对应关系求出不同的风速运行状态下双馈风机定子能够发出的无功极限Qs—max。
[0014]进一步，所述步骤S4中，增发一级无功A Q时，只需调节双馈风机转子侧控制器中的定子无功功率参考值，使当前定子无功功率的参考值Qs—?f(i)增加A Q，即将定子无功功率参考值变为Qs—ref (i + l)=Qs—ref (i)+A Q，转子侧控制器响应此参考值信号使定子发出的感性无功增加一级，即增加发出A Q感性无功。
[0015]有益效果:本发明提出的无功分级控制策略使双馈风机定子增发无功可以达到抑制风电场的次同步振荡的目的;采用分级控制可以尽量减小增发无功对原系统运行状态的影响;该方法仅需控制双馈风机定子无功功功率参考值，控制方法简单，不需要对控制器结构进行改变，无需额外增加投资设备，控制成本低。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的流程图；
[0017]图2为本发明的测试系统结构图；
[0018]图3为本发明的测试系统中双馈风机转子侧控制器控制框图；
[0019]图4为采用了本发明方法的线路有功功率的仿真结果；
[0020]图5为采用了本发明方法的定子发出无功的仿真结果；
[0021]图6为采用了本发明方法的线路a相电流的仿真结果；
[0022]图7为采用了本发明方法的0.69kV母线电压的仿真结果；
[0023]图8为采用了本发明方法的变压器500kV母线电压的仿真结果。
【具体实施方式】
[0024]下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步的介绍。
[0025]本发明公开了一种基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法，如图1所示，包括以下的步骤:
[0026]S1:采用TLS-ESPRIT算法对系统次同步振荡进行辨识和检测，若无次同步振荡，继续监测，若发生次同步振荡，则进入步骤S2;
[0027]S2:当检测到系统发生次同步振荡时，每隔一小段时间At进行判断，判断系统中的次同步振荡的减小程度是否达到预设值:如果达到预设值，则返回步骤SI;如果未达到预设值，则进行步骤S3;
[0028]S3:假设此时定子发出的无功为Qs(i)，判断假如增发一级感性无功AQ后定子发出的无功Qs(i+1) =Qs(i)+A Q是否会超过定子感性无功调节能力的极限Qsjnax，若不超过，进入步骤S4;若超过，则进入步骤S5;
[0029]S4:进行定子无功分级控制，增发一级无功Δ Q(如每级取0.15pu)，只需使当前定子无功功率的参考值Qs—ref (i)增加Δ Q，即将定子无功功率参考值变为^—ref (i + 1) =QS—ref(i)+A Q，转子侧控制器将响应此参考值信号使定子发出的感性无功增加一级，即增加发出A Q感性无功。之后返回步骤S2继续进行判断；
[0030]S5:结束无功分级控制策略，并发出“无功增发已到达极限，请采用其他控制手段”
的告警。
[0031]下面介绍本发明的一种【具体实施方式】。
[0032]本发明使用的验证实例为含双馈风电场和串联电容补偿的风电外送系统，其系统结构图2所示。双馈风电场由数台相同的1.5MW双馈风机组成，每台双馈风机通过0.69/35kV场内变压器Tl连接在同一母线上并网发电，整个双馈风电场采用单机等效模型来进行模拟。整个双馈风电场再经过35/220kV变压器T2连接到220kV线路，最后经过220/500kV升压变T3连接到500kV线路进行远距离输电，并在500kV线路中安装串联电容进行补偿，该串联电容对500kV线路的串补度为30%。图中，Rl1、Xli为220kV线路电阻和电抗，Rl2、Xl2为500kV线路电阻和电抗，Xe为串补电容容抗。双馈风机转子侧控制器的控制框图如图3所示。通过调节定子无功功率参考值Qs—ref即可调节双馈的风机定子发出的无功功率Qs。
[0033]在MATLAB/Simulink中建立如图2、3所示的暂态仿真模型。设定系统初始暂态为风速llm/s、串补度12%。
[0034]实例采用的定子无功分级控制策略中，Δ t = ls、Δ Q = 0.15pu、Qs—ref(0) =Qs(O)=Opu，当风速为I lm/S时，定子发出的感性无功极限Qs—max在0.50pu左右。
[0035]实例在12s时投入串补电容，投入电容后，可以检测出系统发生了次同步振荡。此时采用本发明提出的定子无功分级控制控制来抑制次同步振荡，时域仿真结果图如图4、图5和图6所示。在At = Is后，S卩13s时由于检测到次同步振荡没有明显减小趋势，故进行一级无功控制，使双馈风机定子发出Δ Q = 0.15pu感性无功;再过Δ t = ls后，8卩14s时由于检测到次同步振荡没有明显减小趋势，故进行二级无功控制，使双馈风机定子再增发一级
0.15pu感性无功，即发出二级0.30pu感性无功;再过At = Is后，S卩15s时由于检测到次同步振荡趋势明显减小且呈现被抑制趋势，故停止增发无功。
[0036]可以发现，采用本发明提出的无功分级控制能有效地抑制风电场的次同步振荡现象;采用分级控制可以尽量减小增发无功对原系统运行状态的影响；该方法仅需控制双馈风机定子无功功功率参考值，控制方法简单，不需要对控制器结构进行改变，无需额外增加投资设备，控制成本低。
[0037]由图4还可以看出，在采用本发明提出的无功分级控制时，线路的有功功率并不会出现功率的突变，变化也较平稳，对系统中的其他变量也不会造成不良的影响。
[0038]由于系统中的无功和电压是强相关的，因此当双馈风机采用本发明提出的定子无功分级控制使其不断发出感性无功时，必然会对系统中的电压造成一定的影响。图7和图8给出上述仿真实例中风机出口处0.69kV母线电压和220/500kV升压变T3处高压端500kV母线电压有效值的变化情况(系统图见图1)。从图7和图8可以看出，当采用定子无功分级控制策略使双馈风机定子发出感性无功时，风机出口处0.69kV母线电压和220/500kV升压变T3处高压端500kV母线电压有效值的标么值都会随着发出感性无功的增加而增加；当定子发出0.30pu感性无功时，风机出口处0.69kV母线电压增加到了 1.03pu ；而220/500kV升压变T3处高压端500kV母线电压只是增大到1.02pu。说明双馈风机定子发出感性无功对风机出口处的电压影响比较大，离风机越远，电压的影响也越小。同时也可以看出虽然此时的电压有一定升高，但也保持在了较好的电压范围内，因此不会影响到系统的正常运行以及电压稳定性。
【主权项】
1.基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法，其特征在于:包括以下的步骤: S1:采用TLS-ESPRIT算法对系统次同步振荡进行辨识和检测，若无次同步振荡，继续监测，若发生次同步振荡，则进入步骤S2; S2:当检测到系统发生次同步振荡时，每隔一小段时间At进行判断，判断系统中的次同步振荡的减小程度是否达到预设值:如果达到预设值，则返回步骤SI;如果未达到预设值，则进行步骤S3; S3:在进行无功分级控制之前，判断假设双馈风机定子增发一级无功△ Q后，定子发出的感性无功是否超出当前风速状态下的无功调节能力的极限Qs—max:若不超过，进入步骤S4;若超过，则进入步骤S5; S4:进行定子无功分级控制，使双馈风机定子增发一级无功AQ，之后返回步骤S2继续进行判断； S5:结束无功分级控制策略，发出“无功增发已到达极限，请采用其他控制手段”的告塾目ο2.根据权利要求1所述的基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法，其特征在于:所述步骤S2中，次同步振荡的减小程度的预设值根据TLS-ESPRIT算法识别的次同步振荡模式指标进行设定。3.根据权利要求1所述的基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法，其特征在于:所述步骤S3中，不同风速状态下的无功调节能力的极限Qs—max的求取方法为:根据双馈风机传输功率极限、转子电流限制、转子电压限制、定子电流限制和定子电压限制求取出双馈风机发出的无功功率和有功功率的对应关系;再根据最大风能跟踪控制下，双馈风机发出的有功功率和风速是一一对应的；按以上两个对应关系求出不同的风速运行状态下双馈风机定子能够发出的无功极限Qs—max。4.根据权利要求1所述的基于定子无功分级控制的双馈风机次同步振荡抑制方法，其特征在于:所述步骤S4中，增发一级无功AQ时，只需调节双馈风机转子侧控制器中的定子无功功率参考值，使当前定子无功功率的参考值Qs re3Ki)增加△ Q，即将定子无功功率参考值变为Qs—ref (i + l)=Qs—ref (i)+A Q，转子侧控制器响应此参考值信号使定子发出的感性无功增加一级，即增加发出AQ感性无功。
【文档编号】H02J3/18GK105826935SQ201610294512
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】吴熙, 杨湘, 宁威, 蒋平
【申请人】东南大学