一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整方法及装置与流程

1.本发明涉及新能源发电领域，尤其涉及一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整方法及装置。


背景技术：

2.当前，在能源紧缺、环境污染以及气候变暖等全球性问题日益严峻的形式下，大规模开发利用风、光等可再生能源成为世界各国能源战略的重要选择。然而，随着可再生能源发电装机占比急剧增大、接入同步电网逐级弱化，正导致电力系统的稳定性特征发生深刻变化，大规模风电场次同步/超同步振荡现象频繁发生，严重影响电网的安全稳定运行。
3.但是由于现有的新能源次同步振荡抑制装置，往往集中固定在电源侧或者输电线路中,对所有线路的次同步振荡进行集中式抑制，然而，由于各个新能源电场的运行状况存在较大的差别，分布式新能源并网带来的次同步振荡的情况较为复杂，采用现有的次同步振荡抑制技术对分布式新能源电场并网后的次同步振荡进行抑制，还需考虑并网线路上的次同步抑制信号分配至各个新能源电场的情况，由于不同的新能源电场产生的次同步振荡的幅值以及频率均有可能不同，在并网后，导致次同步振荡异常复杂，对多条线路汇集后进行集中抑制的方式可能导致很多次同步振荡信号无法被抑制。
4.现有技术中缺乏对仅有新能源发电系统振荡耦合频率的定量计算的相关研究，而没有通过发电机以及发电系统本身优先稳定发生振荡的发电机的方法，导致振荡频率抑制措施成本大，抑制效果差。


技术实现要素：

5.发明目的：为了克服背景技术中的缺点，本发明提供一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整方法及装置。
6.技术方案：一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整方法，包括以下步骤：s01：获取发电系统中各个发电机的连续发电过程并转换及绘制成相应的波形图；s02：根据波形图判定连续正常波形并按照当前正常波形绘制波形的虚拟延续；s03：将正常波形的虚拟延续与正在绘制的波形图进行对比；s04：根据正在绘制的波形图与正常波形的虚拟延续判定发电机开始振荡的起始相位点，并记为第一起始相位点；s05：设定反馈电路的接入时间；s06：模拟在发生震荡的发电机上接入反馈电路；s07：根据反馈电路接入时间以及发生振荡的发电机开始振荡的第一起始相位点模拟发聩电路接入发生震荡的发电机时的起始相位点，并记为第二起始相位点；s08：在反馈电路接入发生震荡的发电机的接入时间后任意选取一个时间点，记为
起始时间点；s09：以起始时间点为开端对反馈电路中的相位与发生震荡的发电机中的相位进行对比；s10：根据对比结果进行反馈电路的调相；s11：正式在发生振荡的发电机上接入反馈电路；s12：计算发生震荡的发电机的振荡耦合频率；s13：根据计算得到的发生振荡的发电机的振荡耦合频率调整发生振荡的发电机。
7.作为本发明的一种优选方式，对于发电机发生振荡的判断，在发电机的波形与正常波形的虚拟延续的对比时，以发电机的波形与正常波形的虚拟延续是否重合为判断依据，当对比过程中出现发电机的波形与正常波形的虚拟延续出现分叉时，判断该发电机发生振荡，分叉点为开始振荡的起始相位点，即发生振荡发电机的第一起始相位点；当对比过程中发电机的波形与正常波形的虚拟延续始终重合时，判断该发电机暂时未发生振荡。
8.作为本发明的一种优选方式，对于发生振荡的发电机，还包括以下判定步骤：j01：通过第一起始相位点对发生振荡的发电机的波形图进行周期划分；j02：根据各周期的长度与正常波形的周期长度对比并判定发生振荡的发电机的振荡状态；其中，在所述j02中，当发生振荡后周期长度不断变化，则判定发生振荡的发电机的振荡现象加重，进而执行所述s12；当发生振荡后周期长度不变且与正常发电机的波形的周期一致，则判定发生振荡的发电机回稳，进而执行预备步骤。
9.作为本发明的一种优选方式，所述预备步骤包括以下步骤：p01：根据发生振荡的发电机的波形图判定回稳时的相位点，记为第三起始相位点；p02：在正常波形的虚拟延续上获取与第三起始相位点相照应的一个相位点，记为标准相位点；p03：根据第三起始相位点与标准相位点的相位差直接对发生振荡的发电机进行调相。
10.作为本发明的一种优选方式，在进行所述预备步骤前，依次执行所述s01～所述s11，在确认第一起始相位点时，开始执行所述j01。
11.作为本发明的一种优选方式，所述反馈电路包括电流反馈电路以及电压反馈电路，电流反馈电路为反馈信号取样于输出电流的反馈电路、电压反馈电路为反馈信号取样于输出电压的反馈电路，发电机的波形图包括电压波形图以及电流波形图，电流反馈电路根据发生振荡的发电机的电流波形图进行振荡反馈、电压反馈电路根据发生振荡的发电机的电压波形图进行振荡反馈。
12.作为本发明的一种优选方式，在确定振荡耦合频率并调整发生震荡的发电机后，将发电机与反馈电路的连接切断。
13.一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整装置，包括：第一端口测定装置，用于测定发电机的实时电动势；第二端口测定装置，用于测定发电机的输出电压；第三端口测定装置，用于测定发电机的输出电流；
第一时间装置，用于设定反馈电路的接入时间、选取起始时间点，并在反馈电路中的相位与发生振荡的发电机中的相位对比时进行时间记录；第二时间装置，用于测定所述第一端口测定装置、第二端口测定装置以及第三端口测定装置的工作时间；第一计算机系统，用于根据发电机的发电结果生成实时电动势波形图、输出电压波形图以及输出电流波形图；用于生成正常波形的虚拟延续；第二计算机系统，用于根据第一计算机系统的工作结果计算发电机振荡耦合频率；反馈电路，用于针对发生振荡的发电机进行振荡反馈。
14.作为本发明的一种优选方式，所述第一端口测定装置还包括预接负载以及负载测量装置，所述预接负载连接于发电机输出的电动势的电路，所述负载测量装置用于测量预接负载上由发电机的电动势输出的负载电压，所述第一计算机系统根据所述负载测量装置测量的负载电压判断该发电机是否发生振荡。
15.作为本发明的一种优选方式，还包括调相装置，用于对反馈电路以及发生振荡后回稳的发电机进行调相。
16.本发明实现的有益效果：1.本发明通过利用反馈电路的负反馈效果，利用发生振荡的发电机自身产生的相位变化反馈出相应的相位相反的波形，并通过反馈电路的放大效果使得反馈电路的波形能够与发电机的波形匹配，并通过反馈电路的波形的相位进行发电机发电的波形的调整，从而使得发电机能够利用自身的振荡进行发电调整，使得发电机能够自我进行临时补救，便于发电机的工作连续性。
17.2.本发明直接通过反馈电路的反馈效果对发生振荡的发电机进行负反馈调整，使输出起到与输入相反的作用，使得发电系统的实际输出与发电系统的目标输出的误差缩小，从而在一定的程度上保证发电系统输出的稳定性，并使得发电系统的发电结果趋于稳定，为人工调整产生振荡的发电机争取时间。
18.3.本发明通过利用发生振荡的发电机的电动势以及输出电压的计算发电机的工作频率以及输出电压的工作频率，并根据发电机的工作频率以及输出电压的工作频率计算振荡耦合频率，从而提供人工调整的参照。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。
20.图1为本发明提供的一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整方法的工作步骤图。
21.图2为本发明提供的一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整方法的判定步骤图。
22.图3为本发明提供的一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整方法的预备步骤图。
23.图4为本发明提供的一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整装置的结构图。
具体实施方式
24.在此描述了本发明公开的实施例。然而，应理解的是，本发明公开的以下实施例仅为示例，并且其他实施例可采用多种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的是，参照任一附图示出和描述的多种特征可与一个或更多个其他附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本发明公开的教导一致的特征的多种组合和修改可被期望用于特定的应用或实施方式。
25.【实施例】参考图1~4所示；本实施例提供了一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整方法，包括以下步骤：s01：获取发电系统中各个发电机的连续发电过程并转换及绘制成相应的波形图。
26.s02：根据波形图判定连续正常波形并按照当前正常波形绘制波形的虚拟延续。
27.s03：将正常波形的虚拟延续与正在绘制的波形图进行对比。
28.s04：根据正在绘制的波形图与正常波形的虚拟延续判定发电机开始振荡的起始相位点，并记为第一起始相位点。
29.s05：设定反馈电路的接入时间。
30.s06：模拟在发生震荡的发电机上接入反馈电路。
31.s07：根据反馈电路接入时间以及发生振荡的发电机开始振荡的第一起始相位点模拟发聩电路接入发生震荡的发电机时的起始相位点，并记为第二起始相位点。
32.s08：在反馈电路接入发生震荡的发电机的接入时间后任意选取一个时间点，记为起始时间点。
33.s09：以起始时间点为开端对反馈电路中的相位与发生震荡的发电机中的相位进行对比。
34.s10：根据对比结果进行反馈电路的调相。
35.s11：正式在发生振荡的发电机上接入反馈电路。
36.s12：计算发生震荡的发电机的振荡耦合频率。
37.s13：根据计算得到的发生振荡的发电机的振荡耦合频率调整发生振荡的发电机。
38.其中，对于发电机发生振荡的判断，在发电机的波形与正常波形的虚拟延续的对比时，以发电机的波形与正常波形的虚拟延续是否重合为判断依据，当对比过程中出现发电机的波形与正常波形的虚拟延续出现分叉时，判断该发电机发生振荡，分叉点为开始振荡的起始相位点，即发生振荡发电机的第一起始相位点；当对比过程中发电机的波形与正常波形的虚拟延续始终重合时，判断该发电机暂时未发生振荡。
39.其中，对于发生振荡的发电机，还包括以下判定步骤：j01：通过第一起始相位点对发生振荡的发电机的波形图进行周期划分。
40.j02：根据各周期的长度与正常波形的周期长度对比并判定发生振荡的发电机的振荡状态。
41.其中，在所述j02中，当发生振荡后周期长度不断变化，则判定发生振荡的发电机
的振荡现象加重，进而执行所述s12；当发生振荡后周期长度不变且与正常发电机的波形的周期一致，则判定发生振荡的发电机回稳，进而执行预备步骤。
42.其中，所述预备步骤包括以下步骤：p01：根据发生振荡的发电机的波形图判定回稳时的相位点，记为第三起始相位点。
43.p02：在正常波形的虚拟延续上获取与第三起始相位点相照应的一个相位点，记为标准相位点。
44.p03：根据第三起始相位点与标准相位点的相位差直接对发生振荡的发电机进行调相。
45.其中，在进行所述预备步骤前，依次执行所述s01～所述s11，在确认第一起始相位点时，开始执行所述j01。
46.其中，所述反馈电路包括电流反馈电路以及电压反馈电路，电流反馈电路为反馈信号取样于输出电流的反馈电路、电压反馈电路为反馈信号取样于输出电压的反馈电路，发电机的波形图包括电压波形图以及电流波形图，电流反馈电路根据发生振荡的发电机的电流波形图进行振荡反馈、电压反馈电路根据发生振荡的发电机的电压波形图进行振荡反馈。
47.其中，在确定振荡耦合频率并调整发生震荡的发电机后，将发电机与反馈电路的连接切断。
48.本实施例还提供了一种利用振荡反馈的新能源发电系统的调整装置，包括：第一端口测定装置，用于测定发电机的实时电动势。
49.第二端口测定装置，用于测定发电机的输出电压。
50.第三端口测定装置，用于测定发电机的输出电流。
51.第一时间装置，用于设定反馈电路的接入时间、选取起始时间点，并在反馈电路中的相位与发生振荡的发电机中的相位对比时进行时间记录。
52.第二时间装置，用于测定所述第一端口测定装置、第二端口测定装置以及第三端口测定装置的工作时间。
53.第一计算机系统，用于根据发电机的发电结果生成实时电动势波形图、输出电压波形图以及输出电流波形图；用于生成正常波形的虚拟延续。
54.第二计算机系统，用于根据第一计算机系统的工作结果计算发电机振荡耦合频率。
55.反馈电路，用于针对发生振荡的发电机进行振荡反馈。
56.所述第一端口测定装置还包括预接负载以及负载测量装置，所述预接负载连接于发电机输出的电动势的电路，所述负载测量装置用于测量预接负载上由发电机的电动势输出的负载电压，所述第一计算机系统根据所述负载测量装置测量的负载电压判断该发电机是否发生振荡。
57.该调整装置还包括调相装置，用于对反馈电路以及发生振荡后回稳的发电机进行调相。
58.在具体实施过程中，例如风力发电机，风力发电机由风力带动扇翼转动，扇翼转动带动发电机转动，发电机转动产生电动势。多个风力发电机构成一个发电系统，与其余位置
的发电机系统一同并网进行入电网，形成新能源并网系统。
59.在电力系统正常运行时，所有发电机都以同步转速旋转，这时并列运行的各发电机之间相位没有相对变化，系统各发电机之间的电势差为常数，系统中各点电压和各回路的电流均不变。
60.当电力系统由于某种原因受到干扰时，这时并列运行的各同步发电机间电势差相角差将随时间变化，系统中各点电压和各回路电流也随时间变化，从而形成振荡。在振荡的过程中，往往体现在实际输出的电动势与供电系统输出的电压之间存在一定的夹角。
61.对于受到振荡的发电机，往往会产生该发电机的频率突增的情况，在频率突增后，由于其他因素是不变的，因此产生真实相位角突增，而实际期望输出的电压的工作发电机的期望工作频率是不变的，因此相对于突增的振荡频率，期望工作频率较小，因此在期望工作频率下的期望相位角不变且小于受到振荡的发电机的真实相位角，因此形成了电动势领先电压的状况，且在持续受到振荡时，电动势领先电压的状况会被不断的扩大，即功角不断的变大。
62.对于发电机，将发电机发电的电动势、输出电压以及输出电流在第一计算机系统上显示，并转换绘制成发电机发电的电动势波形图、输出电压波形图以及输出电流波形图，以输出电压波形图为例，获取输出电压波形图时，将输出电压波形绘制并显示在第一计算机系统上。
63.在进行电压波形绘制时，由于发生振荡前就已经开始进行波形绘制了，所以在发生震荡前绘制的波形即正常波形，在绘制正常波形的同时，会在正常波形上绘制一个虚拟的正常波形，虚拟正常波形与正常波形一致，当发电机产生振荡后，输出电压的相位会发生变化，在波形上的表现就是在某一相位点处，正常波形的虚拟延续会与发电机的输出电压的波形变得不重叠，即正常波形的虚拟延续与输出电压的波形产生分叉，该分叉点对应的相位点便是发电机产生振荡的的相位点，该起始相位点记为第一起始相位点。
64.即，对于发电机发生振荡的判断，在发电机的波形与正常波形的虚拟延续的对比时，以发电机的波形与正常波形的虚拟延续是否重合为判断依据，当对比过程中出现发电机的波形与正常波形的虚拟延续出现分叉时，判断该发电机发生振荡，分叉点为开始振荡的起始相位点，即发生振荡发电机的第一起始相位点；当对比过程中发电机的波形与正常波形的虚拟延续始终重合时，判断该发电机暂时未发生振荡。
65.进一步的，对于反馈电路，通过第一时间装置设定一个接入时间，并判定该接入时间对应的反馈电路的相位，例如在接入时间上，反馈电路的相位为4π+φ，则在反馈电路接入发生震荡的发电机时，发生振荡的发电机的相位也应当是4π+φ，由于反馈电路在对发电机产生反馈作用时多多少少存在一定的延迟，则发电机的相位或多或少会快于反馈电路。
66.例如，当反馈电路的相位到达4π+φ时，发电机的相位可能已经到达了4π+φ+γ，在此情况下，需要通过调相机将反馈电路的相位调整至4π+φ+γ，即将反馈电路的相位角向右调整γ，进而，将相位角为4π+φ+γ的相位点记为第二起始相位点。
67.其中，反馈电路接入时间对应的相位角必须在第一起始相位点对应的相位角之后，正式将反馈电路接入发生振荡的发电机时，第二起始相位点尽可能接近第一起始相位点，从而可以保证当前的操作的有效性，避免出现接入反馈电路时，发电机因为各种因素回稳，导致接入反馈电路的操作成为无用功，并且能够尽可能的迅速产生反应，使得系统通过
内部调整将发生振荡的发电机稳定下来。
68.进一步的，对于发电机的电动势以及发电机的输出电流同时进行上述操作，从而在电动势、输出电压以及输出电流三方面对发电机进行内部调整。
69.进一步的，计算发生振荡的发电机的振荡耦合频率，对于第一端口测定装置检测的电动势，通过公式e
p asin(2π
ꢁ
=f
p
ꢁ
+
ꢁ
tα
p
)计算当前时间下发电机的工作频率；其中，α
p
为并网发电机初始的相位值、e
p
为当前的电动势值、f
p
为当前的发电机工作频率、t为当前时间；f
p
即为并网发电机振荡频率；对于第二端口测定装置检测的输出电压，通过公式e
0 asin(2π
ꢁ
=f0ꢁ
+
ꢁ
tα0)计算当前时间下的系统的工作频率；其中，α0系统工作的初始相位、e0为当前的电压值、f0为当前的工作频率、t为当前时间；通过公式f
p
’ꢀ
=｜｜f
p
ꢀ‑ꢀ
f0｜
‑ꢀ
f0｜计算并网系统振荡耦合频率，其中f
p’为振荡耦合频率。
70.举例说明，在风电发电机发电的过程中，对于当前正在记录的工作并网周期，在记录时间为0的时候，判断初始的相位值，通过初始相位值对应的风力发电机a的电动势在历史记录以及实时输出电压中对应的电压值中选择对比的初始值，即，对于风力发电机a电动势公式e
p asin(2π
ꢁ
=f
p
ꢁ
+
ꢁ
tα
p
)，当t为0的时候，初始相位值为α
p
；进而对于实际输出电压公式e
0 asin(2π
ꢁ
=f0ꢁ
+
ꢁ
tα0)，需要保证初始时间t下，2πf0ꢁ
+
ꢁ
tα0=α
p
，从而可以直接选择最优的α0=α
p
作为初始相位值，且选择t=0作为初始时间。
71.在确认过程中，同时发电机的电动势以及输出电压进行周期判定，通过对公式中2πf
p
t以及2πf0t所代表的相位值是否经历一个2π周期判断电动势或电压是否经过一个周期，即当f
p
t或f0t等于2π的偶数倍时，判断电动势或电压经历了一个旋转的周期。
72.在发电机的工作频率，即振荡频率以及系统的工作频率的计算时，都要确认用于计算的时间对应的周期是否在计次相同的周期内，最简化的就是以上述直接选择最优的α0=α
p
作为初始相位值，且选择t=0作为初始时间进行计算。
73.由于初始时间相同，初始相位相同，对于发电机对应的电动势波形图的实时电动势，若实时电动势为20v，a=22、α
p
=0，当前时间为3s，则通过实时电动势公式e
p asin(2π
ꢁ
=f
p
ꢁ
+
ꢁ
tα
p
)计算得出振荡频率f
p
=0.061hz；对于系统实际输出电压值，若实际电压值为15v，a=22、α0=0，当前时间为3s，则通过实际输出电压公式e
0 asin(2π
ꢁ
=f0ꢁ
+
ꢁ
tα0)计算得出实际工作频率为f0=0.040hz，从而，通过公式f
p
’ꢀ
=｜｜f
p
ꢀ‑ꢀ
f0｜
‑ꢀ
f0｜计算得到振荡耦合频率f
p
’ꢀ
=0.019hz。
74.进一步的，对于发生振荡的发电机，对发电机的波形图进行周期上的划分，划分好周期后，以正常状态下的发电机的周期长度为基准，判断发生振荡后的周期长度，对于发生振荡的发电机，振荡后导致功角变化以及相位上的改变，振荡的起始点对应的周期由于振荡产生的相位角的增加而使得该周期实际上的周期长度增加，而只要振荡一直存在，便会使得周期长度时刻在增加。
75.因此，当判断周期长度时刻在增加时，判定此时发生振荡的发电机依旧处于振荡状态下，则需要接入反馈电路，利用反馈电路进行发电系统内部的调整；当发生振荡的发电机在特殊情况下回稳时，即回到未发生振荡的初始状态时，发电机的工作频率回归正常，周期回归与正常情况下发电机的周期一致，从而在波形图上，发电机的波形图相当于引入了一个初始相位，即波形图平移。
76.因此，当判断发生振荡后的周期长度变为与正常发电的周期长度一致且保持稳定
时，判断此时发电机已经回归稳定状态，从而直接通过调相机对输出电压、电动势以及输出电流进行调整。
77.尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
78.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
79.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。