[发明专利]基于附加电磁转矩的双馈风电机组次同步谐振抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于附加电磁转矩的双馈风电机组次同步谐振抑制方法，通过三相异步电机的磁链方程和三相异步电机的转子侧电磁转矩表达式构建转子侧电磁转矩变化量和转子转速扰动量之间的传递函数，从而根据传递函数从物理层面推导出次同步谐振的产生机理，进而根据次同步谐振的产生机理在转子侧变流器的d轴控制器中附加用于对目标双馈风电机组附加电磁转矩的次同步谐振阻尼控制策略，使目标双馈风电机组产生一个与转子转速扰动量的相位相反的电磁转矩，从而能够有效抑制双馈风电机组经串补输电线路向外输送风电的输电系统的次同步谐振。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种基于附加电磁转矩的双馈风电机组次同步谐振抑制方法，可以应用于双馈风电机组的次同步谐振抑制。

背景技术

当前，在能源紧缺、环境污染以及气候变暖等全球性问题日益严峻的形式下，大规模开发利用风、光等可再生能源成为世界各国能源战略的重要选择。随着我国能源结构的转型，风电、光伏等新能源机组的大规模并网，早期的送端电源以由同步发电机为主体的火电/水电，逐渐转变为以电力电子装置为主体的风力发电所替代，高比例新能源导致送端网架进一步薄弱，引发新能源机组接入弱电网下的次同步振荡问题，威胁系统的安全稳定运行，严重制约新能源的大规模开发与高效利用，不利于构建以新能源为主体的新型电力系统。

双馈风力发电机(DFIG，Doubly fed Induction Generator)是目前应用最为广泛的风力发电机，由定子绕组直连定频三相电网的绕线型异步发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背IGBT电压源变流器组成。其中，与双馈风电机组转子相连的变流器称为转子侧变流器(RSC，Rotor Side Convertor),对RSC变流器的控制能实现对双馈风电机组定子输出有功、无功功率控制。

研究表明，双馈风电机组经串补输电线路向外输送风电的输电系统向外输送风电时，可能引起严重的次同步谐振(SSR，Subsynchronous Resonance)。双馈风电场发生的次同步谐振主要是由双馈风力发电机控制系统与固定串补之间的相互作用导致的。但是，如何设计一种能够有效抑制双馈风电机组的次同步谐振的次同步谐振阻尼控制策略，目前还没有很好的解决方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明特别创新地提出了一种基于附加电磁转矩的双馈风电机组次同步谐振抑制方法，能够有效抑制双馈风电机组经串补输电线路向外输送风电的输电系统的次同步谐振。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于附加电磁转矩的双馈风电机组次同步谐振抑制方法，所述方法包括如下步骤：

基于三相异步电机的磁链方程和三相异步电机的转子侧电磁转矩表达式构建转子侧电磁转矩变化量和转子转速扰动量之间的传递函数；

基于所述转子侧电磁转矩变化量和转子转速扰动量之间的传递函数确定用于对目标双馈风电机组附加电磁转矩的次同步谐振阻尼控制策略；

将所述次同步谐振阻尼控制策略附加至目标双馈风电机组的转子侧变流器的d轴控制器中；

基于附加了次同步谐振阻尼控制策略后的目标双馈风电机组的转子侧变流器的d轴控制器对所述目标双馈风电机组进行控制，以转子转速扰动量作为反馈量，使所述目标双馈风电机组产生一个与所述转子转速扰动量的相位相反的电磁转矩以抑制目标双馈风电机组次同步谐振。

优选地，所述方法还包括：

构建附加了次同步谐振阻尼控制策略后的目标双馈风电机组的转子侧变流器的d轴控制器的数学模型；

基于所述传递函数和所述数学模型得到附加了次同步谐振阻尼控制策略后转子侧电子转矩变化量和转子转速扰动量之间的关系式，其中，所述关系式如下：

ΔT_ersedc*＝G_SEDC(s)Δω_r* (1)