CN104333022B - 一种基于svg抑制风机并网引起的次同步振荡方法 - Google Patents

Abstract

一种基于SVG抑制风机并网引起的次同步振荡方法，首先测量电网次同步振荡电流的频率，作FFT分析，得到所有的次同步振荡频率。将系统的工频频率与次同步电流振荡频率的差值设为带通滤波器的中心频率，设计带通滤波器BPF。所述的SVG电流环控制设计，即是在DQ旋转坐标系下解耦，并在DQ旋转坐标系下将系统检测得到的次同步震荡电流信号通过上述滤波器后得到无功电流指令。所述的分布式补偿风电并网次同步振荡的补偿策略，即是通过分布式SVG补偿点设计，增大SVG对电网次同步震荡电流补偿的容量，在不同节点有针对性地抑制风电的并网次同步震荡问题。

Description

一种基于SVG抑制风机并网引起的次同步振荡方法

技术领域

本发明涉及电网的无功补偿系统，特别是涉及一种风力发电厂风机并网时引起的次同步振荡的抑制方法。

背景技术

目前，风电场在远距离大规模的送电技术中，主要采用两种技术，即串补电容技术和直流输电技术。但这两种技术都可能引发风电系统的次同步振荡，即频率为2～50Hz的振荡，并且会严重影响输电的可靠性，造成大量的风电机组解列。

电网中的次同步振荡通常由串补电容的谐振频率造成，并因为落在发电机模态频率附近或控制器谐振频率附近而被放大。如果系统在此频率下呈现低阻尼特性，次同步振荡会持续较长时间，从而在一定程度上影响系统的稳定性；如果系统在此频率下呈现负阻尼特性，次同步振荡电流会被不断放大，而最终会导致系统崩溃。

无功补偿装置作为常用的电力系统稳定装置，在电网中应用比较广泛。其中SVG的应用更为灵活，因其可以向电网中注入指定频率的电流，改善系统的暂态特性和稳态特性，因此，研究如何使用无功补偿装置(SVG)对次同步振荡的状况进行抑制、从而改变系统的稳定性具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是提供一种采用无功补偿装置(SVG)的方法，进行抑制因风机并网而引起的次同步振荡，因而改变系统的稳定性，使系统运行可靠。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于SVG抑制风机并网引起的次同步振荡方法，包括对系统电流振荡频率的测量、带通滤波器的设计校正、SVG电流环控制设计，以及分布式补偿风电并网次同步振荡的补偿策略。

所述的测量电网次同步振荡电流的频率，即在2Hz～50Hz范围内，测量风电机组流入电网的电流，作FFT分析，得到所有的次同步振荡频率。

所述的带通滤波器的设计校正，即将系统的工频频率与次同步电流振荡频率的差值设为带通滤波器的中心频率，设计带通滤波器BPF。

所述的SVG电流环控制设计，即是在DQ旋转坐标系下解耦，并在DQ旋转坐标系下将系统检测得到的次同步震荡电流信号通过上述滤波器后得到无功电流指令。

所述的分布式补偿风电并网次同步振荡的补偿策略，即是通过分布式止步G补偿点设计，增大止步G对电网次同步震荡电流补偿的容量，在不同节点有针对性地抑制风电的并网次同步震荡问题。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1.使用FAC正止装置抑制电网次同步震荡问题，无需额外增加成本，拓展了止步G应用的领域。

2.相比理论化的计算和调整方法，无需对风电并网系统进行精确建模，通过测量次同步电流反馈信号即可提供有效的正阻尼作用。

3.次同步电流容量扩容简单方便，适用于分期投资建设的风电项目。

附图说明

图1风机次同步振荡频谱

图2系统总体构成图

图3信号滤波器设计

图4 SVG次同步谐振抑制控制器

图5风电并网分布式SVG次同步谐振拓扑

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的详细说明。

参见图1至图5。本发明基于SVG抑制风机并网引起的次同步振荡方法，包括对系统电流振荡频率的测量、带通滤波器的设计校正、SVG电流环控制设计，及分布式补偿风电并网次同步振荡的补偿策略。

第一步，测量电网次同步振荡电流的特征频率。即在2Hz～50Hz范围内，测量风电机组流入电网的电流，作FFT分析，得到所有的次同步振荡频率，如图1所示。在图1中，发现系统在40Hz附近存在次同步电流分量。将50Hz-40Hz＝10Hz设为带通滤波器的中心频率，设计带通滤波器BPF。

上述BPF设计为二阶带通滤波器，中心频率设置在10Hz处，增益设置为-1，得到滤波器BPF的传递函数如下，

$F\left(s\right)=-\frac{{\mathrm{\ζ}}_1{w}_{n1}s}{s^2+{\mathrm{\ζ}}_1{w}_{n1}s+{w_{n1}}^2}$

通常取值ζ₁＝0.7，w_n1＝10*6.28

第二步，搭建系统框架如图2所示。其中G为等效的发电机组，SVG通过T2接入电网，测量电网电流信号I，通过Park变换后分离次同步分量I’，将I’通过文中提出的带通滤波器后，输入SVG作为无功电流指令信号。

推导过程如下，

假设三相电流向量为

Park变换矩阵为

$\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(\mathrm{wt}\right)& \cos (\mathrm{wt}-120)& \cos (\mathrm{wt}+120)\\ \sin \left(\mathrm{wt}\right)& \sin (\mathrm{wt}-120)& \sin (\mathrm{wt}+120)\\ 0.5& 0.5& 0.5\end{array}\right]$

次同步振荡发生时，电流向量变为，

I′＝I*cos(δ),δ＝62.8rad/s

此时有，

[Park]*I′＝[Park]*I*cos(δ)＝[Id Iq Iz]^T*cos(δ)

显然，此时电流指令Iq为交流量，幅值为交轴分量，机电系统谐振频率为10Hz，交流网侧电流频谱为40Hz和60Hz。

第三步，由于带通滤波器对于不同频率的分量相位特性不同，频率的偏差将导致微小相移。同时也为了避免功率测量环节中采样保持环节导致的相位偏差，需要附加相位补偿环节，用于对系统输出的相位进行微调，使滤波器在此频率点处的相移为零。假定采样时间为Ts，之后设计相移全通滤波器PhaseShfit，移动Ts/2时间所对应的角度，其所对应的传递函数如下，

$F\left(s\right)=\frac{1+T_{1}s}{1+T_{2}s}$

滤波器系统如图3所示。最后将BPF滤波得到的特征频率10Hz作为SVG无功电流指令信号输出。

第四步，将电网电流信号通过带通滤波器加入到SVG电流控制环，使SVG输出无功电流幅值跟随10Hz次同步信号波动，以抑制电网PCC处的次同步电流，稳定系统的有功和无功功率波动。图4出示了基于SVG抑制风机次同步振荡的控制方式，其中Gc(s)为电流控制器传递函数，Id、Iq为SVG检测所得直轴与交轴电流分量，Ed、Eq为网侧电压前馈，信号Iins最终经逆park变换模块后生成PWM信号。

第五步，对于风场次同步振荡的抑制采用分布式补偿策略，如图5所示。在不同风场风机“G”的35kV母线并联SVG后，可以实现次同步振荡的就近补偿，抑制在系统各个节点的次同步振荡，防止集中补偿可能造成的系统内部局部节点间的次同步振荡，同时更有利于扩展次同步振荡补偿的容量，为系统提供更大的正阻尼。

Claims (3)

1.一种基于SVG抑制风机并网引起的次同步振荡方法，其特征在于：首先对系统电流振荡频率进行测量，然后进行带通滤波器的设计校正和SVG电流环控制的设计，以及分布式补偿风电并网次同步振荡的补偿策略；所述的测量电网次同步振荡电流的频率，即在2Hz～50Hz范围内，测量风电机组流入电网的电流，作FFT分析，得到所有的次同步振荡频率；所述的带通滤波器的设计校正，即将系统的工频频率与次同步电流振荡频率的差值设为带通滤波器的中心频率，设计带通滤波器BPF。

2.根据权利要求1所述的基于SVG抑制风机并网引起的次同步振荡方法，其特征在于：所述的SVG电流环控制设计，即是在DQ旋转坐标系下解耦，并在DQ旋转坐标系下将系统检测得到的次同步振荡电流信号通过上述滤波器后得到无功电流指令。

3.根据权利要求1所述的基于SVG抑制风机并网引起的次同步振荡方法，其特征在于：通过分布式SVG补偿点设计，增大SVG对电网次同步振荡电流补偿的容量，在不同节点有针对性地抑制风电的并网次同步振荡问题。