[发明专利]一种双馈风力发电机组次同步振荡的抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过在双馈风力发电机组控制系统中加入混合阻尼控制器来抑制其次同步振荡的方法，属于发电技术领域。

背景技术

近年来，风力发电在国内外得到了迅猛的发展。由于风电场大多地处偏远地区，远离负荷中心，为解决大规模风电外送问题，串联补偿技术得到广泛的应用。但串联补偿可能会诱发双馈风力发电机组（DFIG）的次同步振荡问题，影响风电场以及外送系统的安全稳定运行。与火电机组的次同步振荡问题不同的是，DFIG的次同步振荡问题表现为3种作用形式，分别是次同步谐振(SSR)，指的是风电机组轴系与固定串补之间的作用；装置引发的次同步振荡（SSTI），主要是指DFIG控制器与机组轴系之间的交互作用，当处于与轴系模态互补的电气频率下，如果系统呈现负阻尼，就会发生这种现象；DFIG控制器引发的次同步振荡（SSCI），这主要是指DFIG控制器与串补系统之间的作用，这是风电机组区别于火电机组的一种作用形式。

SSCI是随着风力发电技术的快速发展而出现的一种新的次同步振荡现象，发生的主要原因是DFIG的快速直接电流控制导致系统出现负阻尼。当系统发生扰动时所产生的谐振电流会在发电机转子上感应出对应的次同步电流，进而引起转子电流的变化。变流控制器感受到此变化后会调节逆变器输出电压，引起转子中实际电流的改变。如果输出电压助增转子电流增大，谐振电流的振荡将会加剧，进而破坏系统稳定性。与SSR和SSTI不同，SSCI与DFIG的轴系完全无关，只是发电机控制系统与固定串补间的交互作用，振荡频率和衰减率由发电机控制系统和传输线路参数共同决定。此外，与SSTI和SSR相比，由于SSCI没有机械系统参与作用，系统对振荡的阻尼作用较小，SSCI所导致的振荡发散速度更快，因此，SSCI是DFIG次同步振荡的主要表现形式。

DFIG转子侧变频器(RSC)主要目的是控制转子转速跟踪风速的变化，最终实现功率的追踪和频率的稳定；网侧变频器(GSC)主要目的是控制有功功率平衡，维持直流链电容电压的稳定，如图1所示。一般来说，当线路电流即发电机定子电流存在次同步频率的振荡分量时，网侧变频器仍持续运行并维持直流母线的电压恒定，因此可认为网侧变频器控制对次同步电流的影响较小，SSCI主要由转子侧直接电流控制引起。

2009年9月，在美国德克萨斯州的某风电场发生了一次SSCI事故，造成风力发电机大量跳机以及内部撬棒电路损坏。该事故引发了相关学者的关注，并开展了相关的研究工作，提出了一系列抑制SSCI的方法。但这些方法多采用在DFIG附近安装FACTS装置，成本较高，并且FACTS与DFIG的交互作用使得FACTS的参数整定较为困难，在工程实际中实现较为困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种双馈风力发电机组次同步振荡的抑制方法，确保风电场以及外送系统的安全稳定运行。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种双馈风力发电机组次同步振荡的抑制方法，所述方法在双馈风力发电机组（DFIG）的转子侧换流器的有功、无功外环控制环节分别配置有功功率阻尼控制器(P-SSDC)和无功功率阻尼控制器（Q-SSDC），由有功功率阻尼控制器(P-SSDC)和无功功率阻尼控制器（Q-SSDC）构成的混合阻尼控制器（H-SSDC）同时对有功功率和无功功率进行动态调节，增强双馈风力发电机组所提供的电气阻尼，进而达到抑制次同步振荡的目的。

上述双馈风力发电机组次同步振荡的抑制方法，所述有功功率阻尼控制器(P-SSDC)和无功功率阻尼控制器（Q-SSDC）结构相同，均包括增益环节、移相环节以及限幅环节，双馈风力发电机组的转速偏差                                                依次经有功功率阻尼控制器的增益环节、移相环节和限幅环节进入双馈风力发电机组的转子侧换流器的有功外环控制环节；双馈风力发电机组的转速偏差还依次经无功功率阻尼控制器的增益环节、移相环节和限幅环节进入双馈风力发电机组的转子侧换流器的无功外环控制环节。

上述双馈风力发电机组次同步振荡的抑制方法，所述有功功率阻尼控制器(P-SSDC)和无功功率阻尼控制器(Q-SSDC)的移相环节采用多个移相函数串联的形式，其表达式为，其中为移相函数的超前时间常数，为移相函数的滞后时间常数，为移相传递函数的复数形式自变量，为串联移相函数的个数。

上述双馈风力发电机组次同步振荡的抑制方法，所述有功功率阻尼控制器(P-SSDC)和无功功率阻尼控制器（Q-SSDC）的参数整定步骤是：