[发明专利]基于虚拟阻抗控制的双馈风机次同步振荡抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟阻抗控制的双馈风机次同步振荡抑制方法，将双馈风机转子电流的dq轴分量作为输入信号，经带通滤波器滤除低频分量与基频分量后得到次同步电流分量；该电流分量经比例放大器与微分环节在转子回路引入一个虚拟阻抗，进而起到增大次同步振荡阻尼，抑制次同步振荡的作用。本发明从转子控制器结构出发，研究转子电流和转子控制器输出电压的关系，得到转子侧控制器的等效电阻，即虚拟电阻值；然后利用双馈风机转子电流传递函数模型求解得到虚拟阻抗控制所需的虚拟电感值。本发明的优点是参数配置方法简单，物理概念清晰，且对虚拟电阻控制策略进行了改良，适应性较强，控制成本低，能有效抑制一定程度的次同步振荡。

技术领域

本发明属于电力系统稳定与控制领域，尤其涉及一种基于虚拟阻抗控制的双馈风机次同步振荡抑制方法。

背景技术

大型集群风电接入是中国电网的发展方向。由于风能具有地域性的特点，我国的风能资源与负荷中心整体又呈逆向分布，风电的大规模、高电压、远距离输送必不可少。串联电容补偿是解决电力远距离送出的经济有效的措施之一，也是目前风电并网远距离送出的主要措施。火电经由串联补偿输送容易引发次同步谐振的问题，已经为人们所熟知；双馈风电场经串联补偿输电线路接入电网时也存在着次同步振荡问题，如2009年在美国德克萨斯州ERCOT地区的双馈风电机组发生了次同步振荡事故。

附加阻尼控制是抑制次同步振荡的有效手段之一，相比于其他控制方法，附加励磁阻尼控制具有如下优点：(1)经济性良好，附加励磁阻尼控制属于二次设备，成本远低于可控串补(TCSC)和阻塞滤波器等一次设备；(2)安装、维护、调试方便，PSS可数字化、模块化实现，占地面积小，方便安装、调试和维护。相反，TCSC、静止无功补偿器(SVC)和阻塞滤波器等一次设备须接入高压电网，不仅体积大、占地广，而且还涉及绝缘问题，安装、调试和维护工作量大。

现有研究中，风电外送系统次同步振荡抑制方法多基于经典的相位补偿控制理论，设计安装在双馈风电机组控制器中的附加阻尼控制器，用于抑制次同步振荡的阻尼控制器一般至少包含滤波环节，控制器增益环节和相位补偿环节。但控制器结构相对较为复杂，其参数配置过于繁琐，需要通过反复时域仿真试验来获得，且缺乏清晰的物理概念。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于虚拟阻抗控制的双馈风机次同步振荡抑制方法，以抑制含串联电容补偿输电线路的双馈风电外送系统中的次同步振荡，仿真实例表明，该方法能有效抑制次同步振荡。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于虚拟阻抗控制的双馈风机次同步振荡抑制方法，具体包括以下步骤：

(1)采集双馈风机转子电流的dq轴分量，采用带通滤波器进行滤波处理，滤除低频分量与基频分量后得到次同步电流分量；

(2)将所得的转子次同步电流分量经比例环节与微分环节生成转子控制器附加信号；

(3)该附加信号在转子回路引入一个虚拟阻抗，起到增大次同步振荡阻尼，抑制次同步振荡的作用。

步骤(3)中虚拟阻抗的计算方法为：

(1)从转子控制器结构出发，研究转子电流和转子控制器输出电压的关系，得到转子侧控制器的等效电阻，即虚拟电阻值；

(2)在得到虚拟电阻的基础上，利用含虚拟阻抗控制器的双馈风机转子电流传递函数模型求解得到虚拟阻抗控制所需的虚拟电感值。

虚拟阻抗的具体计算步骤为：

转子侧控制器的输出电压方程为：