[发明专利]一种海上风电场经柔性直流送出系统宽频振荡抑制方法

说明书

本发明提供了一种海上风电场经柔性直流送出系统宽频振荡抑制方法，通过借鉴虚拟阻抗思想，在柔直换流站控制器中配置振荡抑制措施，对宽频振荡进行抑制，其中通过带通滤波器将柔直换流器交流电流中的振荡分量选频出来，再乘以虚拟阻抗系数变为电压的量纲，从调制电压中减去振荡电压分量。本发明能够对全频段的振荡进行抑制；针对次/超同步和中高频振荡的特点有针对性地计算和设计振荡抑制器参数；通过对振荡抑制效果的判断，对振荡抑制器参数进行微调，直到达到振荡抑制要求。

技术领域

本发明涉及新能源经柔性直流输电并网领域，具体地说，涉及一种海上风电场经柔性直流送出系统宽频振荡抑制方法。

背景技术

伴随着柔性直流输电工程的快速发展，新能源-柔直并网系统的宽频振荡问题突出，尤其是风场-柔直并网系统的稳定性问题，严重威胁了系统与设备的安全稳定运行。2011年上海南汇风电场-柔直并网工程多次在逐渐增大风电场出力过程中出现电压电流的振荡现象，造成南汇风电场11台风电机组全部停机，严重时甚至造成部分风电机组变流器损坏。2013年德国北海BorWin1海上风电场-柔直并网系统发生了250-500Hz的谐波振荡现象，造成柔直风电场侧换流器的滤波电容损坏，导致风电场停运，造成巨大经济损失。2014年广东南澳三端柔直-风电场并网工程在投运过程中，风电场侧交流系统在风电场出力逐渐增大的过程中出现频率在20～30Hz范围内的次同步振荡现象，导致柔直系统保护动作、停运，风电场切机。此外，用于交流电网互联的柔直工程也多次出现振荡现象。2017年云南鲁西柔直工程广西侧MMC换流站与交流电网之间出现了1270Hz高频振荡现象，造成主变压器损坏。2018年渝鄂柔直工程重庆侧MMC换流站与交流电网之间发生了1.8kHz的高频振荡现象。除此之外，正在建设中的张北新能源基地经四端MMC-HVDC并网工程、如东/射阳海上风电场经MMC-HVDC并网工程等重大工程同样面临宽频振荡风险。风电场与柔直系统之间相互作用引发的振荡现象呈现宽频带特征，振荡机理更加复杂。

宽频振荡的抑制措施问题可以分为三个子问题：振荡抑制措施的配置位置，振荡抑制措施的控制环路设计，以及振荡抑制措施的参数调节。对于振荡抑制措施的配置位置，从传统电力系统研究的角度出发，往往使用特征值/参与因子法找寻振荡模态的强相关变量，该变量的控制器即为配置抑制措施的位置。从电力电子研究的角度出发，有两种思路。一是根据振荡的频段定位对应带宽的控制器，该控制器为需要配置抑制措施或优化控制器参数的位置；二是直接对含有振荡分量的电压电流反馈或前馈的位置配置抑制器。现阶段工程中多采用电力电子角度研究的两种思路结合的方式，提供优化控制器参数的思路和设计相应的振荡抑制器。

振荡抑制措施的控制环路设计方面一般按照频段分为两类：次/超同步振荡抑制以及中高频振荡抑制。现有文献资料中，次/超同步振荡抑制措施有以下几种思路：有源阻尼法，控制参数优化设计法，复合法(有源阻尼+控制参数优化设计)和类似电力系统静态稳定器PSS(Power System Stabilizer)的方法。其中，有源阻尼法通过控制环路设计“虚拟阻抗”或“虚拟导纳”，对振荡分量进行抑制，分为线性阻抗和非线性阻抗(带通滤波器、比例-谐振PR控制器等)。控制器参数优化设计原则是以阻抗理论和奈奎斯特稳定性判据为基础，通过调节控制参数达到互联系统稳定的目的。类似PSS的方法则是将PSS的思想运用于抑制次/超同步振荡，本质上是将PSS的传递函数作为一种虚拟阻抗/导纳。