[发明专利]一种实现次同步振荡抑制的双馈风电场控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种实现次同步振荡抑制的双馈风电场控制系统及方法，该方法包括：1、根据特征值分析法计算系统状态矩阵的特征值和特征向量；2、提取双馈风电场次同步振荡的主导变量；3、根据主导变量在转子侧变换器控制系统中设置由有功功率稳定控制模块、无功功率稳定控制模块、有功电流比例微分模块、无功电流比例微分模块组成的转子电压补偿模块。本发明能有效减少系统状态矩阵的阶数，加速定子功率次同步振荡的衰减，增强双馈风机提供的电气阻尼，从而有效抑制双馈风电场并网系统的次同步振荡。

技术领域

本发明涉及一种实现次同步振荡抑制的双馈风电场控制系统及方法，属于风力发电系统稳定技术领域。

背景技术

大规模发展风能已经成为能源战略的重要组成内容。然而，大型风电场通常地处偏远区域，与用电中心距离很远，通过很长的输电线路与电网连接。双馈风电场通常需要通过串联电容补偿线路进行输电。但是，使用串联电容补偿线路可能导致双馈风电场并网系统的次同步振荡。如果没有抑制措施，次同步振荡可能会对双馈风电场并网系统的稳定性造成严重威胁。

2009年10月，美国德州地区由于电网发生故障造成双馈风电场通过75％串联电容补偿的输电线路与电网连接，造成电网发生20Hz的次同步振荡，系统电压振荡的幅值大于2.0pu，使风电机组最终脱网。自2012年，我国华北部分地区通过串联电容补偿线路与电网连接的双馈风电场发生多次次同步频率范围内的功率振荡现象，严重影响双馈风电场并网系统的安全运行。

大型风电场中有大量规格不同、控制参数不同的风电机组，并且运行方式也不一致，与不同特征电网连接后发生次同步振荡现象的机理都不相同，采用的分析方法各有区别。特征值分析法理论严谨，概念明确，可用来发明抑制次同步振荡的控制器。然而现代电网的规模越来越大，导致整个系统的状态矩阵维数很高，利用特征值分析法时会出现非常严重的“维数灾”现象。目前已公开的专利中，对简化双馈风机模型的特征值分析研究较少，不利于形成大规模风电场的状态矩阵，对简化的双馈风机模型进行特征值分析尚需进一步完善。现有的抑制双馈风电场次同步振荡技术中，尚没有从次同步振荡的主导变量功率、电流进行综合考虑，影响次同步振荡的抑制速度，抑制双馈风电场次同步振荡的控制策略尚需进一步完善。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种实现次同步振荡抑制的双馈风电场控制系统及方法，以期能够有效减少系统状态矩阵的阶数，加速定子功率次同步振荡的衰减，增强双馈风机提供的电气阻尼，从而有效抑制双馈风电场并网系统的次同步振荡。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种实现次同步振荡抑制的双馈风电场控制系统，所述双馈风电场中的风力发电机组包括：风力机、轴系、双馈感应发电机、转子侧变换器、电网侧变换器、电网；所述控制系统包括：有功功率外环控制模块，无功功率外环控制模块，有功电流内环控制模块、无功电流内环控制模块、转子侧坐标变换模块、转子侧坐标逆变换模块、功率计算模块和SVPWM模块，其特点是：在所述控制系统中设置有转子电压补偿模块；

所述转子电压补偿模块是由有功功率稳定控制模块、无功功率稳定控制模块、有功电流比例微分模块、无功电流比例微分模块组成；

所述有功功率稳定控制模块是由有功功率比例调节器和有功功率积分调节器组成；

所述无功功率稳定控制模块是由无功功率比例调节器和无功功率积分调节器组成；

所述有功电流比例微分模块是由有功电流比例调节器、有功电流微分调节器、有功电流微分增益运算器和有功电流低通滤波器组成；

所述无功电流比例微分模块是由无功电流比例调节器、无功电流微分调节器、无功电流微分增益运算器和无功电流低通滤波器组成；