基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法包括以下的步驟：S1：采用TLS?ESPRIT算法對系統次同步振蕩進行辨識和檢測；S2：當檢測到系統發生次同步振蕩時，每隔一小段時間Δt判斷系統中的次同步振蕩的減小程度是否達到預設值；S3：判斷雙饋風機定子增發一級無功后，定子發出的感性無功是否超出當前風速狀態下的無功調節能力的極限；S4：進行定子無功分級控制，使定子增發一級無功，返回步驟S2繼續判斷；S5：結束無功分級控制策略，發出告警。本發明采用分級控制可以盡量減小增發無功對原系統的影響；該方法僅需控制雙饋風機定子無功功功率參考值，控制方法簡單，無需改變控制器結構和增加額外投資設備，控制成本低。
【專利說明】
基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法
技術領域
[0001]本發明涉及電力系統控制領域，具體涉及一種基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法。
【背景技術】
[0002]隨著風電裝機容量的不斷增加和串聯補償技術在大規模風電外送中的運用，國內外多處雙饋風電場發生了由串聯電容補償引起的次同步振蕩事故，對電力系統安全穩定運行造成嚴重危害。
[0003]現有研究中，風電外送系統次同步振蕩抑制方法多基于經典的相位補償控制理論，設計安裝在雙饋風電機組控制器中的附加阻尼控制器。雖然附加阻尼控制器屬于二次側控制，投資小于使用一次側設備，但為了減小對原有控制系統的影響，需要增加濾波器。因此，用于抑制次同步振蕩的阻尼控制器一般至少包含濾波環節，控制器增益環節和相位補償環節，控制器結構相對較為復雜，控制代價較大。此外，風速的變化、系統運行方式的變化、系統中突發的各種故障都會導致系統運行狀態發生變化，均有可能對控制器產生一定的影響，從而限制控制器的應用，失去抑制次同步振蕩的效果。
【發明內容】
[0004]發明目的:本發明的目的是提供一種控制方法簡單，不需要對控制器結構進行改變，無需額外增加設備、控制成本低的基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法。
[0005]技術方案:為達到此目的，本發明采用以下技術方案:
[0006]本發明所述的基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法，包括以下的步驟:
[0007]S1:采用TLS-ESPRIT算法對系統次同步振蕩進行辨識和檢測，若無次同步振蕩，繼續監測，若發生次同步振蕩，則進入步驟S2;
[0008]S2:當檢測到系統發生次同步振蕩時，每隔一小段時間At進行判斷，判斷系統中的次同步振蕩的減小程度是否達到預設值:如果達到預設值，則返回步驟SI;如果未達到預設值，則進行步驟S3;
[0009]S3:在進行無功分級控制之前，判斷假設雙饋風機定子增發一級無功△ Q后，定子發出的感性無功是否超出當前風速狀態下的無功調節能力的極限Qs—max:若不超過，進入步驟S4 ；若超過，則進入步驟S5 ；
[0010]S4:進行定子無功分級控制，使雙饋風機定子增發一級無功AQ，之后返回步驟S2繼續進行判斷；
[0011 ] S5:結束無功分級控制策略，發出“無功增發已到達極限，請采用其他控制手段”的生敬口目。
[0012]進一步，所述步驟S2中，次同步振蕩的減小程度的預設值根據TLS-ESPRIT算法識別的次同步振蕩模式指標進行設定。
[0013]進一步，所述步驟S3中，不同風速狀態下的無功調節能力的極限Qs—max的求取方法為:根據雙饋風機傳輸功率極限、轉子電流限制、轉子電壓限制、定子電流限制和定子電壓限制求取出雙饋風機發出的無功功率和有功功率的對應關系；再根據最大風能跟蹤控制下，雙饋風機發出的有功功率和風速是一一對應的；按以上兩個對應關系求出不同的風速運行狀態下雙饋風機定子能夠發出的無功極限Qs—max。
[0014]進一步，所述步驟S4中，增發一級無功A Q時，只需調節雙饋風機轉子側控制器中的定子無功功率參考值，使當前定子無功功率的參考值Qs—?f(i)增加A Q，即將定子無功功率參考值變為Qs—ref (i + l)=Qs—ref (i)+A Q，轉子側控制器響應此參考值信號使定子發出的感性無功增加一級，即增加發出A Q感性無功。
[0015]有益效果:本發明提出的無功分級控制策略使雙饋風機定子增發無功可以達到抑制風電場的次同步振蕩的目的;采用分級控制可以盡量減小增發無功對原系統運行狀態的影響;該方法僅需控制雙饋風機定子無功功功率參考值，控制方法簡單，不需要對控制器結構進行改變，無需額外增加投資設備，控制成本低。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的流程圖；
[0017]圖2為本發明的測試系統結構圖；
[0018]圖3為本發明的測試系統中雙饋風機轉子側控制器控制框圖；
[0019]圖4為采用了本發明方法的線路有功功率的仿真結果；
[0020]圖5為采用了本發明方法的定子發出無功的仿真結果；
[0021]圖6為采用了本發明方法的線路a相電流的仿真結果；
[0022]圖7為采用了本發明方法的0.69kV母線電壓的仿真結果；
[0023]圖8為采用了本發明方法的變壓器500kV母線電壓的仿真結果。
【具體實施方式】
[0024]下面結合【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步的介紹。
[0025]本發明公開了一種基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法，如圖1所示，包括以下的步驟:
[0026]S1:采用TLS-ESPRIT算法對系統次同步振蕩進行辨識和檢測，若無次同步振蕩，繼續監測，若發生次同步振蕩，則進入步驟S2;
[0027]S2:當檢測到系統發生次同步振蕩時，每隔一小段時間At進行判斷，判斷系統中的次同步振蕩的減小程度是否達到預設值:如果達到預設值，則返回步驟SI;如果未達到預設值，則進行步驟S3;
[0028]S3:假設此時定子發出的無功為Qs(i)，判斷假如增發一級感性無功AQ后定子發出的無功Qs(i+1) =Qs(i)+A Q是否會超過定子感性無功調節能力的極限Qsjnax，若不超過，進入步驟S4;若超過，則進入步驟S5;
[0029]S4:進行定子無功分級控制，增發一級無功Δ Q(如每級取0.15pu)，只需使當前定子無功功率的參考值Qs—ref (i)增加Δ Q，即將定子無功功率參考值變為^—ref (i + 1) =QS—ref(i)+A Q，轉子側控制器將響應此參考值信號使定子發出的感性無功增加一級，即增加發出A Q感性無功。之后返回步驟S2繼續進行判斷；
[0030]S5:結束無功分級控制策略，并發出“無功增發已到達極限，請采用其他控制手段”
的告警。
[0031]下面介紹本發明的一種【具體實施方式】。
[0032]本發明使用的驗證實例為含雙饋風電場和串聯電容補償的風電外送系統，其系統結構圖2所示。雙饋風電場由數臺相同的1.5MW雙饋風機組成，每臺雙饋風機通過0.69/35kV場內變壓器Tl連接在同一母線上并網發電，整個雙饋風電場采用單機等效模型來進行模擬。整個雙饋風電場再經過35/220kV變壓器T2連接到220kV線路，最后經過220/500kV升壓變T3連接到500kV線路進行遠距離輸電，并在500kV線路中安裝串聯電容進行補償，該串聯電容對500kV線路的串補度為30%。圖中，Rl1、Xli為220kV線路電阻和電抗，Rl2、Xl2為500kV線路電阻和電抗，Xe為串補電容容抗。雙饋風機轉子側控制器的控制框圖如圖3所示。通過調節定子無功功率參考值Qs—ref即可調節雙饋的風機定子發出的無功功率Qs。
[0033]在MATLAB/Simulink中建立如圖2、3所示的暫態仿真模型。設定系統初始暫態為風速llm/s、串補度12%。
[0034]實例采用的定子無功分級控制策略中，Δ t = ls、Δ Q = 0.15pu、Qs—ref(0) =Qs(O)=Opu，當風速為I lm/S時，定子發出的感性無功極限Qs—max在0.50pu左右。
[0035]實例在12s時投入串補電容，投入電容后，可以檢測出系統發生了次同步振蕩。此時采用本發明提出的定子無功分級控制控制來抑制次同步振蕩，時域仿真結果圖如圖4、圖5和圖6所示。在At = Is后，S卩13s時由于檢測到次同步振蕩沒有明顯減小趨勢，故進行一級無功控制，使雙饋風機定子發出Δ Q = 0.15pu感性無功;再過Δ t = ls后，8卩14s時由于檢測到次同步振蕩沒有明顯減小趨勢，故進行二級無功控制，使雙饋風機定子再增發一級
0.15pu感性無功，即發出二級0.30pu感性無功;再過At = Is后，S卩15s時由于檢測到次同步振蕩趨勢明顯減小且呈現被抑制趨勢，故停止增發無功。
[0036]可以發現，采用本發明提出的無功分級控制能有效地抑制風電場的次同步振蕩現象;采用分級控制可以盡量減小增發無功對原系統運行狀態的影響；該方法僅需控制雙饋風機定子無功功功率參考值，控制方法簡單，不需要對控制器結構進行改變，無需額外增加投資設備，控制成本低。
[0037]由圖4還可以看出，在采用本發明提出的無功分級控制時，線路的有功功率并不會出現功率的突變，變化也較平穩，對系統中的其他變量也不會造成不良的影響。
[0038]由于系統中的無功和電壓是強相關的，因此當雙饋風機采用本發明提出的定子無功分級控制使其不斷發出感性無功時，必然會對系統中的電壓造成一定的影響。圖7和圖8給出上述仿真實例中風機出口處0.69kV母線電壓和220/500kV升壓變T3處高壓端500kV母線電壓有效值的變化情況(系統圖見圖1)。從圖7和圖8可以看出，當采用定子無功分級控制策略使雙饋風機定子發出感性無功時，風機出口處0.69kV母線電壓和220/500kV升壓變T3處高壓端500kV母線電壓有效值的標么值都會隨著發出感性無功的增加而增加；當定子發出0.30pu感性無功時，風機出口處0.69kV母線電壓增加到了 1.03pu ；而220/500kV升壓變T3處高壓端500kV母線電壓只是增大到1.02pu。說明雙饋風機定子發出感性無功對風機出口處的電壓影響比較大，離風機越遠，電壓的影響也越小。同時也可以看出雖然此時的電壓有一定升高，但也保持在了較好的電壓范圍內，因此不會影響到系統的正常運行以及電壓穩定性。
【主權項】
1.基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法，其特征在于:包括以下的步驟: S1:采用TLS-ESPRIT算法對系統次同步振蕩進行辨識和檢測，若無次同步振蕩，繼續監測，若發生次同步振蕩，則進入步驟S2; S2:當檢測到系統發生次同步振蕩時，每隔一小段時間At進行判斷，判斷系統中的次同步振蕩的減小程度是否達到預設值:如果達到預設值，則返回步驟SI;如果未達到預設值，則進行步驟S3; S3:在進行無功分級控制之前，判斷假設雙饋風機定子增發一級無功△ Q后，定子發出的感性無功是否超出當前風速狀態下的無功調節能力的極限Qs—max:若不超過，進入步驟S4;若超過，則進入步驟S5; S4:進行定子無功分級控制，使雙饋風機定子增發一級無功AQ，之后返回步驟S2繼續進行判斷； S5:結束無功分級控制策略，發出“無功增發已到達極限，請采用其他控制手段”的告塾目ο2.根據權利要求1所述的基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法，其特征在于:所述步驟S2中，次同步振蕩的減小程度的預設值根據TLS-ESPRIT算法識別的次同步振蕩模式指標進行設定。3.根據權利要求1所述的基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法，其特征在于:所述步驟S3中，不同風速狀態下的無功調節能力的極限Qs—max的求取方法為:根據雙饋風機傳輸功率極限、轉子電流限制、轉子電壓限制、定子電流限制和定子電壓限制求取出雙饋風機發出的無功功率和有功功率的對應關系;再根據最大風能跟蹤控制下，雙饋風機發出的有功功率和風速是一一對應的；按以上兩個對應關系求出不同的風速運行狀態下雙饋風機定子能夠發出的無功極限Qs—max。4.根據權利要求1所述的基于定子無功分級控制的雙饋風機次同步振蕩抑制方法，其特征在于:所述步驟S4中，增發一級無功AQ時，只需調節雙饋風機轉子側控制器中的定子無功功率參考值，使當前定子無功功率的參考值Qs re3Ki)增加△ Q，即將定子無功功率參考值變為Qs—ref (i + l)=Qs—ref (i)+A Q，轉子側控制器響應此參考值信號使定子發出的感性無功增加一級，即增加發出AQ感性無功。
【文檔編號】H02J3/18GK105826935SQ201610294512
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月5日
【發明人】吳熙, 楊湘, 寧威, 蔣平
【申請人】東南大學