[发明专利]发电系统、用于抑制次同步振荡的系统以及用于控制功率系统运行的方法

说明书

本发明公开一种发电系统，其包括双馈入感应发电机、功率变换器及控制器。双馈入感应发电机包括转子与耦合到电网的定子。功率变换器包括耦合到发电机的转子上的转子侧变换器、耦合到电网的电网侧变换器及耦合在转子侧变换器和电网侧变换器之间的直流母线。控制器包括用于对转子侧变换器进行控制的转子侧控制器和用于对电网侧变换器进行控制的电网侧控制器。转子侧控制器包括补偿器，补偿器具有传递函数并且被配置用于对抗发电机的负阻效应以抑制次同步振荡。本发明还公开了一种用于抑制次同步振荡的系统以及用于控制功率系统运行的方法。

技术领域

本发明大体涉及次同步振荡阻尼的领域，尤其涉及一种发电系统、一种用于抑制次同步振荡的系统以及一种用于控制功率系统运行的方法。

背景技术

发电系统通常包括功率变换器，其用于将输入功率转换成适合应用到负载的功率，负载例如发电机、电动机、电网或其他合适的负载。在许多情况下，发电系统可能位于离它所服务的负载很遥远的区域。通常，这种发电系统通过包括很长传输线的电力系统连接到电网。这种传输线经常包括一个或多个串联补偿元件(例如一个或多个电容)，从而有利于降低在传输线中的无功损耗，因此增加了传输线的功率传递能力。然而，不幸的是，当发电系统连接到这种串联补偿的传输线时，会在低于发电系统的发电机的同步频率下导致功率-电压振荡，这被称为次同步振荡(Sub-Synchronous Oscillation，SSO)，发电系统可能会存在次同步不稳定性问题。次同步振荡会使得系统意外的出错，导致发电系统的发电机和其他设备的损坏，并且，降低了发电系统的运行可靠性。次同步振荡特别对于基于双馈入感应发电机(Double-Fed Induction Generator，DFIG)的发电系统的威胁更大，其原因是由DFIG的运动-感应效应所导致的在次同步频率下的负阻尼所致。在这种情况下，电力系统将无法提供足够的阻尼，因此导致发电系统出现不稳定性问题。

因此，有鉴于此，一种如何防止次同步振荡的需求正变得越来越迫切。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种发电系统。所述发电系统包括双馈入感应发电机、功率变换器及控制器。所述双馈入感应发电机包括转子与耦合到电网的定子。所述功率变换器包括耦合到所述发电机的所述转子上的转子侧变换器、耦合到所述电网的电网侧变换器及耦合在所述转子侧变换器和所述电网侧变换器之间的直流母线。所述控制器包括用于对所述转子侧变换器进行控制的转子侧控制器和用于对所述电网侧变换器进行控制的电网侧控制器。所述转子侧控制器包括补偿器，所述补偿器具有传递函数并且被配置用于对抗所述发电机的负阻效应以抑制次同步振荡。所述传递函数在同步坐标系下被表达为如下：

其中，K代表所述传递函数、s代表拉普拉斯算子、j代表虚数单元、ω₀代表所述发电机的定子侧的同步频率、ω_r代表所述转子的转速、以及σ₁和σ₂代表用来增强所述发电系统内部稳定性的阻尼参数，并且，σ₁和σ₂基于所述控制器的原始控制能力、所述发电系统的控制对象参数、外部扰动以及所述发电系统的动态响应需求中的一个或多个来确定。

本发明的另一个方面在于提供一种用于抑制次同步振荡的系统。所述系统包括感应电机、功率变换器和控制器。所述功率变换器包括耦合到所述感应电机的第一变换器和耦合到电网的第二变换器。所述控制器包括用于对所述第一变换器进行控制的第一控制器和用于对所述第二变换器进行控制的第二控制器。所述第一控制器包括补偿器，所述补偿器具有传递函数并且被配置用于对抗所述感应电机的负阻效应以抑制次同步振荡，其中，所述传递函数在同步坐标系下被表达为如下：