[发明专利]一种海上风电交流海缆网络送出系统的谐波参数优化方法

说明书

本发明提供了一种适用于海上风电经交流海缆网络送出系统的谐波参数优化方法。包括：构建交流海缆网络的网络传递函数模型、构建风电机组的谐波源传递函数模型；构建计及风电机组及交流海缆网络的全系统网络传递函数模型；基于全系统网络传递函数模型进行谐波潮流计算，进而计算得到谐波计算点关于谐波源的全系统网络传递函数，根据全系统网络传递函数的幅频特性进行分析参数变化对谐波幅值的影响进而通过优化参数来降低谐波幅值。

技术领域

本发明涉及海上风电经交流海缆网络送出系统的谐波模型建立以及基于模型的谐波参数优化方法。

技术背景

近海风电场通常距离海岸在100公里内，由此普遍采用交流海缆进行外送。由于交流海缆对地电容值大，且等效电容可能会与系统电抗参数发生谐振。而海上风电机组主要采用大容量的全功率变流器进行并网，全功率变流器的网侧变流控制系统具有多个控制环节，包括锁相环、直流电压环节及d/q轴控制系统等，各变流控制系统会对谐波分量进行响应且变流控制系统之间会存在复杂的交互作用，进而对谐振的频率点带来影响，同时也会导致谐振呈现负阻尼甚至是弱阻尼，进而导致系统中出现高幅值的谐波，危害电气设备安全及系统的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于海上风电经交流海缆网络送出系统的谐波参数优化方法，以保护电气设备安全及系统的安全稳定运行。为此，本发明采用以下技术方案：

一种适用于海上风电经交流海缆网络送出系统谐波参数优化方法，其特征在于所述方法构建传递函数模型，基于该模型分析系统中多因素对谐波的影响并进行参数优化来降低谐波幅值；所述传递函数模型包括交流海缆网络的网络传递函数、风电机组谐波源传递函数模型、全系统的网络传递函数；所述方法根据网络传递函数的幅频特性，分析系统中多因素对谐波特性的影响进而优化参数以降低谐波的幅值。

进一步地，本发明方法计及海缆对地电容的特性，在同步坐标系下推导得到交流海缆的传递函数模型，推导得到升压变及并网交流系统传递函数模型，进而推导得到送出交流海缆网络的网络传递函数，以风场并网点各母线电压、电流作为接口。

进一步地，本发明方法针对风电机组，构建其在同步坐标系下的谐波源模型，构建得到计及锁相环、电流环及直压环节的传递函数方程，进而构建得到风电机组谐波源传递函数模型。

进一步地，本发明方法结合风电机组谐波源传递函数及交流海缆网络的网络传递函数，构建得到全系统的网络传递函数，推导得到谐波计算点关于谐波源的传递函数表达式。

进一步地，在推导得到全系统网络传递函数表达式的基础上，通过分析参数对全系统网络传递函数幅频特性的影响，得到参数变化对谐波幅值特性的影响，进而在给定参数范围内选择使谐波幅值最小的参数，实现参数优化。

所述同步坐标系为d/q轴同步坐标系，优化过程中，根据推导得到谐波计算点关于多个谐波源的网络传递函数，根据全系统网络传递函数的幅频特性，计算得到谐波计算点谐波的d/q轴分量，根据谐波幅频特性分析参数变化对谐波幅值的影响，最终进行参数优化以降低谐波幅值。

根据上述技术方案，本发明的益处是：构建得到的全系统网络传递函数计及了锁相环、电流环等变流控制系统环节以及交流海缆网络，能够计及变流控制系统的不对称性，进而采用该模型能够更准确的进行谐波幅值计算，能够更好的分析参数变化对谐波特性的影响以及通过参数优化来降低谐波幅值。

附图说明

图1为海上风电经交流海缆送出系统的拓扑结构。

图2为锁相环拓扑结构框图。

图3为风电机组网侧变流器的变流控制系统拓扑结构。

图4为风电机组网侧变流器传递函数框图。

图5为海上风电经交流海缆网络送出的全系统网络传递函数框图。

图6为计算得到的网络传递函数幅频。