抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)次同步諧振的阻塞濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng) 次同步諧振的阻塞濾波方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風電是一種清潔無污染的可再生能源，適宜大規(guī)模開發(fā)利用且技術(shù)相對成熟， 在一些國家和地區(qū)已經(jīng)成為一種主流能源。雙饋風力發(fā)電機（Doubly-fedInduction Generator，DFIG)因具有能實現(xiàn)變速恒頻運行、風能轉(zhuǎn)換效率高、功率控制靈活等優(yōu)點而在 實際風電場中得到廣泛應用。DFIG采用兩個背靠背、通過直流環(huán)節(jié)連接的電壓源變換器進 行交流勵磁。其中，與DFIG轉(zhuǎn)子相連的變換器稱為轉(zhuǎn)子側(cè)變換器（RotorSideConvertor， RSC)，對RSC的控制能實現(xiàn)對DFIG定子輸出有功、無功功率的控制。與DFIG定子相連的變 換器稱為網(wǎng)側(cè)變換器（GridSideConvertor，GSC)，對GSC的控制能實現(xiàn)保持直流母線電 壓穩(wěn)定、保證輸入電流正弦和控制輸入功率因數(shù)。DFIG的電力電子變換器包括RSC和GSC。
[0003] 固定串聯(lián)補償可以大幅減小線路的工頻等效電抗，縮短線路的電氣距離，提高線 路的輸電距離、輸電能力和暫態(tài)穩(wěn)定性，為大容量風電的外送提供了新方案。然而，雙饋風 電場連接到安裝有固定串補的電力系統(tǒng)中容易引起一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，也就是次同 步諧振（SubsynchronousResonance，SSR)。2009年9月美國德克薩斯州的一處風電場發(fā)生 了風電場SSR事故，事故導致大量風機脫網(wǎng)和撬棒電路的損壞，造成巨大的經(jīng)濟損失。2012 年12月，中國沽源地區(qū)的風電場發(fā)生了振蕩頻率為6-8Hz的SSR事故，導致部分風電機組 脫網(wǎng)。此后，該地區(qū)又多次發(fā)生電流和功率振蕩現(xiàn)象，給風電的開發(fā)利用和電力系統(tǒng)的安全 穩(wěn)定運行帶來不良影響。
[0004] 由于雙饋風電場發(fā)生的SSR問題是由雙饋風力發(fā)電機控制系統(tǒng)與固定串補之間 的相互作用導致的，其特性非常復雜，風速、等效串補度、并網(wǎng)發(fā)電機臺數(shù)和變換器控制參 數(shù)都會對SSR特性產(chǎn)生影響，而如何有效的抑制雙饋風電場SSR問題還沒有很好的解決方 法。目前，抑制雙饋風電場發(fā)生的SSR問題主要通過附加阻尼控制的方法。通過在DFIG中 的GSC或者RSC控制系統(tǒng)上附加次同步阻尼控制環(huán)，合理設(shè)計控制環(huán)參數(shù)來抑制風電場的 SSR問題。然而，這種附加控制方法的SSR抑制能力受到GSC或者RSC容量的限制，因此應 用范圍受限。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0006] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)次同步諧振的阻 塞濾波方法，該方法能夠有效抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)中的次同步諧振問題。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提出了一種抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)次 同步諧振的阻塞濾波方法，雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)包括：DFIG風電場和與所述DFIG風電 場相連的串補輸電系統(tǒng)，所述DFIG風電場包括：感應電機、電力電子變換器和電力電子變 換器控制系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：選擇阻塞濾波器，其中，所述阻塞濾波器用于濾除 所述電力電子變換器控制系統(tǒng)的控制信號中的SSR模態(tài)信號；對所述阻塞濾波器進行參數(shù) 整定，包括：對所述雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)的次同步特性進行分析，并根據(jù)分析結(jié)果確定 所述阻塞濾波器的特征頻率和帶寬；對所述電力電子變換器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行分析，以 便從所述電力電子變換器控制系統(tǒng)中確定多個嵌入點；將進行參數(shù)整定后的阻塞濾波器嵌 入至少一個所述嵌入點，以濾除所述電力電子變換器控制系統(tǒng)的控制信號中的SSR模態(tài)信 號。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明實施例的抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)次同步諧振的阻塞濾波方法， 通過在雙饋風力發(fā)電機GSC或者RSC的控制系統(tǒng)中嵌入阻塞濾波器進行阻塞濾波，濾除掉 控制信號中的SSR模態(tài)信號，消除或大大降低DFIG控制與串補之間的相互作用，實現(xiàn)DFIG 的SSR自免疫功能，從而有效抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)中的次同步諧振問題。同時，阻 塞濾波器的嵌入不影響其他頻率控制信號的正常通過，對DFIG正常的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)控制沒 有影響。另外，該方法實現(xiàn)過程中參數(shù)設(shè)計簡單、投資成本低。
[0009] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)次同步諧振的阻塞 濾波方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：
[0010] 在一些示例中，對所述阻塞濾波器進行參數(shù)整定，具體包括：對所述雙饋風電場串 補輸電系統(tǒng)的次同步特性進行分析，確定雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)發(fā)生SSR問題的多個工 況；確定所述多個工況下的SSR頻率和阻尼的變化范圍，并從所述多個工況中找出阻尼最 弱的工況；根據(jù)所述多個工況下的SSR頻率的變化范圍和阻尼最弱的工況下的SSR頻率確 定所述阻塞濾波器的特征頻率；根據(jù)所述多個工況下的SSR頻率的變化范圍確定所述阻塞 濾波器的帶寬。
[0011] 在一些示例中，所述阻塞濾波器為二階次同步帶阻濾波器，所述二階次同步帶阻 濾波器的傳遞函數(shù)為：
[0012]
[0013] 其中，《BK為帶阻濾波器的特征頻率，B為帶阻濾波器的帶寬。
[0014] 在一些示例中，從所述電力電子變換器控制系統(tǒng)中確定的多個嵌入點包括：所述 電力電子變換器控制系統(tǒng)的輸入位置、輸出位置以及所述電力電子變換器控制系統(tǒng)中內(nèi)環(huán) 和外環(huán)中的多個位置。
[0015] 在一些示例中，所述電力電子變換器包括RSC和GSC，所述電力電子變換器控制系 統(tǒng)包括RSC控制系統(tǒng)和GSC控制系統(tǒng)。
[0016] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0017] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0018] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)次同步諧振的阻 塞濾波方法的流程圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的RSC控制系統(tǒng)雙閉環(huán)控制環(huán)節(jié)的示意圖；以及
[0021] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的GSC控制系統(tǒng)雙閉環(huán)控制環(huán)節(jié)的示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0023] 以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)次同步諧 振的阻塞濾波方法。
[0024] 在描述本發(fā)明實施例的方法之前，首先結(jié)合圖2描述雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)的 具體結(jié)構(gòu)。如圖2所示，該雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)包括：DFIG風電場和與DFIG風電場相 連的串補輸電系統(tǒng)，其中，DFIG風電場中包含多臺DFIG，這些DFIG經(jīng)箱式變壓器連接到同 一風電場母線上。進一步地，DFIG風電場包括：感應電機、電力電子變換器和電力電子變換 器控制系統(tǒng)，其中，電力電子變換器例如包括RSC和GSC，對應地，電力電子變換器控制系統(tǒng) 例如包括RSC控制系統(tǒng)及GSC控制系統(tǒng)。串補輸電系統(tǒng)由串補線路和無窮大電網(wǎng)構(gòu)成。其 中，串補線路用線路電阻、線路電感和串補電容表示。
[0025] 進一步地，圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的抑制雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)次同步 諧振的阻塞濾波方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟：
[0026] 步驟S101，選擇阻塞濾波器，其中，阻塞濾波器用于濾除電力電子變換器控制系統(tǒng) 的控制信號中的SSR模態(tài)信號。
[0027] 具體地說，阻塞濾波器是實施阻塞濾波方法的基礎(chǔ)，其功能主要是濾除掉控制信 號中SSR模態(tài)的信號分量，而對其它頻率控制信號的影響小。需要說明的是，能實現(xiàn)該功能 的濾波器均可用于本發(fā)明的實施例中，且既可以采用數(shù)字濾波器，也可以采用模擬濾波器， 此處僅是出于示例性的目的。
[0028] 步驟S102,對阻塞濾波器進行參數(shù)整定，包括：對雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)的次 同步特性進行分析，并根據(jù)分析結(jié)果確定阻塞濾波器的特征頻率和帶寬。
[0029] 具體地說，在本發(fā)明的一個實施例中，步驟S102進一步包括：
[0030] 步驟a:對目標雙饋風電場串補輸電系統(tǒng)的次同步特性進行分析，確定雙饋風電 場串補輸電系統(tǒng)可能發(fā)生SSR不穩(wěn)定問題的多個工況。
[0031] 步驟b:確定多個SSR不穩(wěn)定工況下的SSR頻率和阻尼的變化范圍，并從多個工況 中找出SSR阻尼最弱的工況。
[0032] 步驟c:根據(jù)多個工況下的SSR頻率的變化范圍和SSR阻尼最弱的工況下的SSR頻 率確定阻塞濾波器的特征頻率。
[0033] 步驟d:根據(jù)多個工況下的SSR頻率的變化范圍確定阻塞濾波器的帶寬。
[0034] 更為具體地，在一些