一种利用永磁同步风机旋转动能提高电力系统阻尼的方法
【专利摘要】一种利用永磁同步风机旋转动能提高电力系统阻尼的方法，其作法是A、对联络线的功率波动信号ΔPac，利用总体最小二乘-旋转不变子空间算法的参数估计方法，辨识出区间振荡模式频率ωd；B、在扰动下，测量风机转子转速ω与风电Pd的相角差φ2，风电Pd与区域间惯量中心角频率ωCOI的相角差为φ1，并计算出所需补偿的相位角φ3=φ1+φ2；采用相位补偿法，整定出永磁同步风机附加阻尼控制器中相位补偿环节的第一、第二时间常数Ta、Tb，增益环节的增益系数K；C、将联络线的反相信号-Pac输入附加阻尼控制器，输出信号为风机转速调整信号ωdamp调整风机转速；从而利用风机旋转动能使电力系统阻尼提高。
【专利说明】—种利用永磁同步风机旋转动能提高电力系统阻尼的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用永磁同步风机旋转动能提高电力系统阻尼的方法。
【背景技术】
[0002]大力发展风电是我国未来能源战略的重要发展方向。目前我国正在建设若干大型风电基地，国家能源局发布了《风电发展“十二五”规划》，提出了我国2011?2020年风电的发展目标、开发布局和建设重点，其中，规划风电2015年并网装机容量达到I亿千瓦，2020年超过2亿千瓦。根据国家规划，重点建设河北、蒙东、蒙西、吉林、甘肃、山东、江苏、新疆和黑龙江等9个大型风电基地，到2015年，这9大基地装机容量总计达到7900万千瓦以上。
[0003]我国风电大规模发展的现状客观要求“建设大基地、融入大电网”。我国风能资源分布的特点决定了我国风电“大规模、高集中”的开发模式。然而，远距离大容量电力外送，有可能恶化电力系统阻尼特性，同时风电的波动性、随机性、间歇性有可能引发电力系统低频振荡，威胁电网安全稳定运行。互联电网区间低频振荡已成为制约电网安全运行和大规模风电并网的重要因素，因此针对电力系统低频振荡问题提出切实可行的控制策略，提高电力系统及风电机组安全稳定运行具有重要意义。
[0004]为了抑制低频振荡，已有文献通过外加储能装置、增强网架等一次系统策略增强电力系统阻尼，但成本较高。相比之下，在二次系统通过附加阻尼控制环改变输出功率的相位、幅值以增加系统阻尼的附加阻尼控制方法，具有经济、易于工程实现等优点。目前，永磁同步风机已大量应用于风力发电中，但由于永磁同步风机的输出功率与电网频率解耦，输出风电对电网扰动无响应，故目前永磁同步风机尚不能为电网提供阻尼。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是提供一种利用永磁同步风机旋转动能提高电力系统阻尼的方法。该方法利用风机转速变化去平衡电力系统的不平衡能量，增强电力系统阻尼，有效抑制区域间低频振荡，提高电网稳定性，保证电网和风电场经济安全稳定运行。且不改变风机原有控制方式，参数容易整定，易于工程实现的优点。
[0006]本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是，一种利用永磁同步风机旋转动能提高电力系统阻尼的方法，其作法是:
[0007]A、区域间振荡模式的辨识
[0008]对含永磁同步风机的两区域电网用广域量测系统实时测量其联络线的功率信号，得到功率信号序列Pa。，然后通过数据预处理去掉直流分量得到功率波动信号序列APa。，再利用基于总体最小二乘-旋转不变子空间算法(TLS-ESPRIT)的参数估计方法，对功率波动信号序列APa。进行模式辨识，辨识出含永磁同步风机(PMSG)的两区域电网的区间振荡模式频率ω d ；
[0009]B、阻尼控制器参数的整定
[0010]在永磁同步风机转子侧的变流器控制的有功控制环附加频率为的扰动信号条件下，测量风机转子转速ω与输出风电Pd的相角差灼，输出风电匕与区域间惯量中心角频率ω rai的相角差为f!，并计算出所需补偿的相位角(P3 = (P\ 2;然后整定出永磁同步风机附加阻尼控制器中的增益环节的增益系数K;并采用相位补偿法，整定出永磁同步风机附加阻尼控制器中的相位补偿环节的第一、第二时间常数Ta、Tb;
[0011]C、阻尼控制
[0012]将A步的联络线的功率信号Pa。的反相信号-Pa。作为附加阻尼控制器的输入信号，附加阻尼控制器的输出信号为风机转速调整信号《damp送至永磁同步风机转子侧变流器控制的有功控制环；使风机转速在基准转速上按该风机转速调整信号《-。进行调整，从而利用永磁同步风机旋转动能使电力系统阻尼提高。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是 :
[0014]一、本发明的附加阻尼控制器通过相位补偿，使其风电的输出功率Pd与区域间惯量中心角频率ω.的相角差为0，在此基础上将联络线的功率信号Pa。的反相信号_Pa。作为输入信号，附加阻尼控制器的输出信号为风机转速调整信号ω“ρ送至永磁同步风机转子侧变流器控制的有功控制环；从而当电力系统中功率降低时，风机转速下降，释放动能，输出风电功率增加，反之则储存动能，输出功率减少。巧妙利用风机转速变化去平衡电力系统的不平衡能量，增强电力系统阻尼，有效抑制区域间低频振荡，提高电网稳定性，保证电网和风电场经济安全稳定运行。
[0015]二、由于永磁同步风机可变速调节，风轮惯量较大，具有飞轮储能的效果，且永磁同步风机输出功率通过变频器控制，具有快速可控的优点。因此本发明通过引入附加阻尼控制，不改变风机原有控制方式，参数容易整定，无需增加大功率大电压的强电设备，实施成本低，易于工程实现。
[0016]三、采用广域测量信号作为风电场附加阻尼控制器的输入信号，克服了由于本地信号对于区间振荡模式的可观性较差，抑制区间低频振荡效果不显著的缺点。基于相位补偿的参数整定方法，其概念清晰、算法简捷、阻尼控制效果好。
[0017]四、通过对实际电力系统采用TLS-ESPRIT方法进行模式辨识，可直接获取反映区间主导振荡模式的相关信息，可进一步实现广域阻尼控制器参数的自适应调整。
[0018]上述A步中利用基于总体最小二乘-旋转不变子空间算法(TLS-ESPRIT)的参数估计方法，对功率波动信号序列△ pa。进行模式辨识，辨识出含永磁同步风机(PMSG)的两区域电网的区间振荡模式频率的具体做法是:
[0019]Al、用功率波动信号序列APac中的采样数据APac(O), APac(I), , APac(N-1)构造Hankel数据矩阵:
【权利要求】
1.一种利用永磁同步风机旋转动能提高电力系统阻尼的方法，其作法是: A、区域间振荡模式的辨识 对含永磁同步风机的两区域电网用广域量测系统实时测量其联络线的功率信号，得到功率信号序列Pa。，然后通过数据预处理去掉直流分量得到功率波动信号序列APa。，再利用基于总体最小二乘-旋转不变子空间算法(TLS-ESPRIT)的参数估计方法，对功率波动信号序列APa。进行模式辨识，辨识出含永磁同步风机(PMSG)的两区域电网的区间振荡模式频率ω d ; B、阻尼控制器参数的整定 在永磁同步风机转子侧的变流器控制的有功控制环附加频率为的扰动信号条件下，测量风机转子转速ω与输出风电Pd的相角差识2，输出风电Pd与区域间惯量中心角频率ωωι的相角差为妁，并计算出所需补偿的相位角妁=约+fa;然后整定出永磁同步风机附加阻尼控制器中的增益环节的增益系数K;并采用相位补偿法，整定出永磁同步风机附加阻尼控制器中的相位补偿环节的第一、第二时间常数Ta、Tb; C、阻尼控制 将A步的联络线的功率信号Pa。的反相信号_Pa。作为附加阻尼控制器的输入信号，附加阻尼控制器的输出信号为风机转速调整信号《damp送至永磁同步风机转子侧变流器控制的有功控制环；使风机转速在基准转速上按该风机转速调整信号《-。进行调整，从而利用永磁同步风机旋转动能使电力系统阻尼提高。
2.如权利要求1所述的一种利用永磁同步风机旋转动能提高电力系统阻尼的方法，其特征在于，所述A步中利用基于总体最小二乘-旋转不变子空间算法(TLS-ESPRIT)的参数估计方法，对功率波动信号序列△ Pa。进行模式辨识，辨识出含永磁同步风机(PMSG)的两区域电网的区间振荡模 式频率的具体做法是: Al、用功率波动信号序列APa。中的采样数据APae(O), APac(I), , APac(N-1)构造Hankel数据矩阵:
3.如权利要求1所述的一种利用永磁同步风机旋转动能提高电力系统阻尼的方法，其特征在于，所述B步中采用相位补偿法，整定出永磁同步风机附加阻尼控制器中的相位补偿环节的第一、第二时间常数Ta、Tb的具体做法是: 当补偿的相位角％ < 60°时，采用一级超前滞后环节补偿，第一时间常数__3Te ’ Il=丄，第二时间常数7丨,Th =ll1 +；
4.如权利要求1所述的一种利用永磁同步风机旋转动能提高电力系统阻尼的方法，其特征在于，所述B步中整定出永磁同步风机附加阻尼控制器中的增益环节的增益系数K的具体做法是:增益系数K取临界增益系数的1/5~1/8。
【文档编号】H02J3/24GK103490435SQ201310460169
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】王晓茹, 谭谨, 和鹏, 王祥超 申请人:西南交通大学