[发明专利]一种抑制风电系统次同步谐振的方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电并网技术，尤其涉及一种抑制风电系统次同步谐振的方法。

背景技术

随着风力发电技术的发展和成熟，风电机组的装机容量越来越大，这意味着风力发电功率大规模接入现有电网成为一种必然的趋势。考虑到风电场和电网的网架结构特点，为了提高接入电网的风电传输功率，改善沿线路电压分布，使用串补电容则是一种有效方式。然而串补电容的接入同时将导致电力系统次同步谐振(SSR)，从而危及电网的安全稳定运行。为了抑制这种破坏性的现象，通常用可控串补(TCSC)来代替固定串补，并同时实现潮流控制和提高暂态稳定性等功能。

可控串补装置主电路结构示意图如图1所示，主要由串联电容器组C、阀控电抗L和反并联晶闸管阀组组成。通过控制TCSC的晶闸管阀组触发延迟角，控制阀组电抗L的电流，从而实现控制可控串补等效阻抗，达到控制调节电力系统其它物理量如电压、有功功率、无功功率等的目的。

可控串补对次同步谐振的抑制效果与可控串补本身的控制方式有很大的关系。现有的可控串补控制方式有开环控制，闭环控制等。开环控制即开环阻抗控制，其控制策略简单、易于实现但是无法修正触发延迟角，因而控制效果有限。闭环控制相对于开环控制多了反馈控制环节，通过对阻抗、电流或有功功率的控制实时修正触发延迟角，控制器一股采用比例积分(PI)环节，而控制效果受该环节的参数、所选取的控制量影响。因而对于不同的触发延迟角设定值，PI环节的参数不同，控制效果也有所区别。

发明内容

本发明针对现有技术之不足，为了进一步提高可控串补(TCSC)对风电系统SSR振荡模式的阻尼，提出了一种有效抑制风电系统次同步谐振的方法，该方法基于可控串补(TCSC)，采用PSCAD/EMTDC软件和MATLAB软件联合运行方式，基于电容电压过零时刻和同步电压翻转时刻之间的相位移，实现对可控串补触发延迟角的控制，从而达到抑制次同步谐振的目的。

本发明采取的技术方案是：

一种抑制风电系统次同步谐振的方法，以可控串补方法为基础，通过控制可控串补的晶闸管阀组触发延迟角，调节阀组电抗L的电流，实现对可控串补等效阻抗的控制，进而采用闭环控制方式对等效阻抗进行校正，实时修正触发延迟角；其特征在于：采用PSCAD/EMTDC软件和MATLAB软件联合运行方式，在MATLAB计算方法的基础上，基于电容电压过零时刻和同步翻转时刻之间的相位移，设计附加阻尼控制算法，求取可控串补的实际触发延迟角，具体步骤如下：

(1)测量、采样得到包括电容电压，线路电流在内的本地数据；

(2)基于快速Fourier变换算法，从测量得到的电容电压和线路电流中提取出各自的基频分量；

(3)根据基频电容电压分量和基频线路电流分量，根据欧姆定律计算出可控串补在基频下的等效阻抗；

(4)由测量得到的线路电流信息，通过锁相环获取初始同步参考信号，作为提升因子控制器的一个输入信号；

(5)等效阻抗的虚部即等效电抗被可控串补电容支路的物理电抗X_C0归一化后与提升因子参考值K_ref比较后得到提升因子偏差值ΔK，ΔK作为提升因子控制环节的另一个输入信号和初始同步参考信号一起输入到提升因子控制器，其输出为同步参考时间序列；

获取同步参考时间序列具体步骤：

1)根据提升因子偏差值ΔK，按照下式计算出实际电容电压过零时刻和同步电压翻转时刻之间的相位移

式中，s为Laplace算子，f_N为基频频率；

2)根据计算所得的和初始同步参考信号确定同步参考时间序列；

(6)根据某一时刻的电容电压、线路电流测量值，基于MATLAB软件进行计算：

1)测量电容电压和线路电流，记录测量时刻，并由同步参考时间序列确定电容电压过零时刻t_z，然后按照下式计算出在该过零时刻电容电压u(t_Z)的实际值：

u(t_Z)＝u(t_M)+X₀i(t_M)kω_N(t_Z-t_M)

式中，k＝ω₀/ω_N，ω_N为基频时的角速度，i(t_M)和u(t_M)分别为t_M时刻线电流和电容电压的瞬时值；