風火捆綁經直流輸電所引發的次同步振蕩的抑制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及高壓直流輸電領域，特別設及一種風火捆綁經直流輸電所引發的次同 步振蕩的抑制方法。
【背景技術】
[0002] 風力發電具有不污染環境，儲備資源豐富的優點，近年來風電裝機容量不斷提高。 海上風電能源鑒于其高速穩定的風速、相較于內陸風機可用較大機組、且單機容量將大于 3MW的優點，在國內外都得到了迅猛發展。目前對于風機的研究大多將風機、齒輪箱和轉子 看作一個集中質塊，且用統一的慣性時間常數。運種統一質塊的研究思路結構簡單，無法反 映出風機在故障情況下實際的動態特性;且統一的慣性時間常數無法反應出實際系統的暫 態穩定性，故為了得到風機較為準確的穩態及暫態特性，在實際分析時需將風機軸系模型 考慮為兩質塊模型或Ξ質塊模型。
[0003] 海上風電場具有裝機容量大，電量輸出較為穩定的特點，通過高壓直流輸電可W 解決海上風電場的大容量、高電壓、遠距離輸電問題，有效減小了電能損耗。出于風電場出 力不能長時間維持在同一功率水平考慮，目前國內選擇在附近風電場建設火電機組來實現 調峰調頻目的，從而形成了風電火電捆綁經高壓直流輸電的工況。但由于高壓直流的換流 站為電力電子設備，其晶閩管的觸發方式多采用等間隔觸發脈沖方式，換流閥的高頻觸發 特性有可能向附近的發電機組引入負阻尼，有可能與風機軸系、汽輪機軸系發生機網禪合， 造成風機和汽輪機的次同步振蕩。發生風機和汽輪機的軸系振蕩后，會造成軸系的疲勞積 累，嚴重情況下會造成軸系斷裂，嚴重影響了電力系統的安全穩定運行。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于解決在風電火電捆綁經高壓直流送電時，有可能發生次同步振 蕩，嚴重影響系統安全穩定的運行的問題，并進一步解決在抑制風電機組和火電機組的次 同步振蕩過程中，將風電機組與火電機組的阻尼控制器同時附加在直流整流側主控制器 時，控制器之間有可能發生相互影響甚至形成負反饋，導致次同步振蕩進一步嚴重的問題。 且將兩種阻尼控制器同時投入，會造成直流功率調制幅值較大，不利于系統穩定運行。
[0005] 為了實現上述發明目的，本發明提供一種風火捆綁經直流輸電所引發的次同步振 蕩的抑制方法，用于抑制風電機組和火電機組同時發生的次同步振蕩，其技術方案為：
[0006] 第一步:設計風電機組與火電機組的次同步振蕩阻尼控制器;其中，當風電機組和 火電機組同時發生的次同步振蕩，將整流側換流母線的頻率偏差作為風電機組次同步振蕩 的觀測信號，將火電機組軸系的轉速偏差作為火電機組次同步振蕩的觀測信號，根據風電 機組次同步振蕩與火電機組次同步振蕩的觀測信號，分別設計得到風電機組與火電機組的 次同步振蕩阻尼控制器；
[0007] 第二步:在線抑制次同步振蕩；其中，風電機組和火電機組同時發生次同步振蕩， 首先比較風電機組軸系轉速偏差與火電機組軸系轉速偏差的幅值大小，若風電機組軸系轉 速偏差的幅值大，則先投入風電機組次同步振蕩阻尼控制器，再投入火電機組次同步振蕩 阻尼控制器;反之，則先投入火電機組次同步振蕩阻尼控制器，再投入風電機組次同步振蕩 阻尼控制器。
[0008] 根據一種具體的實施方式，先投入的次同步振蕩阻尼控制器，將其對應機組軸系 轉速偏差的幅值衰減至其最大幅值的10%時，退出先投入的次同步振蕩阻尼控制器，再投 入另一機組的次同步振蕩阻尼控制器。
[0009] 根據一種具體的實施方式，根據風電機組次同步振蕩與火電機組次同步振蕩的觀 測信號，先分別得到風電機組與火電機組的次同步振蕩模態參數;再分別根據風電機組與 火電機組的次同步振蕩模態參數，得到風電機組與火電機組的次同步振蕩阻尼控制器。
[0010] 根據一種具體的實施方式，通過Prony算法辨識出風電機組與火電機組的次同步 振蕩模態參數，并通過極點配置法設計得到風電機組與火電機組的次同步振蕩阻尼控制 器。
[0011] 與現有技術相比，本發明的有益效果:本發明通過在風電機組和火電機組同時發 生的次同步振蕩，根據風電機組次同步振蕩與火電機組次同步振蕩的觀測信號，分別設計 得到風電機組與火電機組的次同步振蕩阻尼控制器。其中，將整流側換流母線頻率偏差作 為風電機組次同步振蕩的觀測信號，可避免由于風電場距離整流站電氣距離較遠而帶來的 時延影響。將設計好的風電機組與火電機組的次同步振蕩阻尼控制器，用于在線抑制次同 步振蕩，當風電機組和火電機組同時發生的次同步振蕩時，通過比較風電機組軸系轉速偏 差與火電機組軸系轉速偏差的幅值大小，來決定風電機組與火電機組的次同步振蕩阻尼控 制器的投入順序，從而不僅避免將風電機組與火電機組的阻尼控制器同時附加在直流整流 側主控制器時，控制器之間相互影響甚至形成負反饋，導致次同步振蕩更嚴重的情形發生， 還避免了風機次同步振蕩阻尼控制器和火電機組次同步振蕩阻尼控制器同時加入時會造 成直流功率調制幅值偏大，影響系統安穩運行的情況。
[0012] 因此，本發明的分時投入策略，首先抑制嚴重的次同步振蕩，避免了次同步振蕩對 系統影響的擴大，進一步抑制另一種次同步振蕩，有效保證了系統安全穩定運行。本發明能 夠有效地抑制風電火電捆綁經高壓直流送電時發生的次同步振蕩，而且明顯地提高了系統 的魯棒性。
【附圖說明】
[0013] 圖1是風火捆綁經直流輸電的拓撲圖；
[0014] 圖2是本發明風電機組與火電機組次同步振蕩阻尼控制器的控制邏輯示意圖；
[0015] 圖3是同時發生次同步振蕩時風機和火電機組軸系的轉速偏差幅值的對比圖；
[0016] 圖4是未投入風電機組次同步振蕩阻尼控制器葉片和輪穀間的轉矩偏差圖；
[0017] 圖5是投入風電機組次同步振蕩阻尼控制器葉片和輪穀間的轉矩偏差圖；
[0018] 圖6是未投入火電機組次同步振蕩阻尼控制器高低壓缸間的轉矩偏差圖；
[0019] 圖7是投入火電機組次同步振蕩阻尼控制器高低壓缸間的轉矩偏差圖；
[0020] 圖8是同時投入兩種控制器時的的直流功率調制幅值；
[0021 ]圖9是分時投入控制器時的直流功率調制幅值。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明 上述主題的范圍僅限于W下的實施例，凡基于本
【發明內容】
所實現的技術均屬于本發明的范 圍。
[0023] 風電機組軸系的各質塊剛性系數較低，發生次同步振蕩的頻率范圍多為2~12化； 相對于風機軸系，汽輪機軸系各質塊的剛性系數較高，發生次同步振蕩的頻率范圍主要集 中在13~35Hz。
[0024] 結合圖1所示的風火捆綁經直流輸電的拓補圖，其中火電機組包括高壓缸、低壓 缸、發電機、勵磁機四個質塊，風電機組包括葉片、輪穀、發電機Ξ個質塊。
[0025] 具體的，W火力發電機端電壓為22kV，額定功率為320MW;風力發電機端電壓 〇.69kV，額定功率為2.5MW，海上風電場包括32臺風力發電機。直流輸電單極運行，額定直流 電壓和直流電流分別為400kV和IkA，整流側和逆變側的控制方式分別為定直流電流和定直 流電壓控制為實施例。
[0026] 在整流側換流母線出現小擾動后，風電機組易發生次同步振蕩，雖然次同步振蕩 可自行衰減，但衰減速度較為緩慢，容易造成風電機組軸系疲勞積累，不利于長期穩定的運 行，而且，火電機組的軸系質塊間也易發生等幅振蕩。為抑制次同步振蕩，需要設計相應的 次同步振蕩阻尼控制器。
[0027] 通過在直流輸電整流側主控制器上加小幅值(5%-10%)階躍，并使風電機組和火 電機組同時發生次同步振蕩，本發明將整流側換流母線的頻率偏差作為風電機組次同步振 蕩的觀測信號，將火電機組軸系的轉速偏差作為火電機組次同步振蕩