[发明专利]一种用于直驱风机引发次同步振荡的判断方法

说明书

本发明公开了属于电力系统安全稳定技术领域的一种用于直驱风机引发次同步振荡的判断方法。该方法通过对电网有关参数和直驱风机控制系统相关参数的获取，基于直驱风机控制系统结构，对系统建立实时的小信号模型，分析控制系统系统对输入谐波的响应过程，获得输出谐波的解析表达式，根据表达式中谐波间的相位关系得到用于判断系统稳定性的判据。通过分析计算得到的次同步频率范围内的判据值，可以获得系统发生次同步振荡的危险频率，利用判据W可实现某一控制器参数下系统稳定性的预判，为决策提供辅助信息，规避系统的次同步振荡风险。

技术领域

本发明属于电力系统安全稳定技术领域，尤其涉及一种用于直驱风机引发次同步振荡的判断方法。

背景技术

电力系统次同步振荡是由于系统中各类设备动态特性耦合作用引发的一种功率交互行为，次同步振荡的振荡频率，对于工频为50Hz的电力系统而言一般在8～50Hz之间。近年来随着世界范围风电装机容量的大幅提升，其导致的电力系统动态稳定问题非常突出，在我国西北电网中多次出现由直驱式永磁同步风机引发的次同步振荡问题，严重影响了电力系统的安全稳定运行，同时制约着风能外送使得电网整体经济效率降低。

风电机组并网采用全控式换流器件作为并网结构，其响应速度比传统火电机组大大提高，同时机组为电网提供的惯性大大降低。并网逆变器的经典控制模型包括功率外环、电流内环和锁相环三个控制环节，现有的次同步振荡识别方法均基于构造系统的特征方程，利用奈奎斯特等数值求解方法获得。实际中风能分布多位于电网末端，一般采用集中外送的方式将并联的风电机组发出的电能远距离输送到用电地区，而由于运行过程中系统运行工况处于实时变化状态，利用传统动力学方法研究稳定性问题时会面临构建状态方程时的维数灾害，并且需要实时采集的电气量较多收到信通系统的制约。由于直驱风机采用电力电子逆变器作为并网接口，在控制系统作用下其谐波形响应特性与传统火电机组具有重大区别，但目前缺乏便捷有效的针对直驱风机并网系统次同步振荡问题的判断方法。因而本专利提出一种用于直驱风机引发次同步振荡的判断方法，通过建立其并网模型的小信号模型，分析输入输出谐波间的相位关系，进而判断该系统在次同步频域内的稳定性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于直驱风机引发次同步振荡的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取直驱风机并网结构的控制器参数、锁相环控制参数和电网运行参数，建立系统实时小信号模型；

(2)利用小干扰法进行谐波相位分析，得到输入输出谐波间的相位关系；

(3)利用输入输出谐波间的相位关系构造系统稳定性判据，进而判断系统发生次同步振荡的危险频率。

所述步骤(1)建立的系统实时小信号模型是根据网络拓扑结构将各个元件连接成系统，经线性化后得到的在小扰动分析状态下使用的模型，包括网侧换流器控制系统模型、锁相环模型以及电网结构模型。

所述步骤(2)利用小干扰法进行谐波相位分析的具体过程如下：

根据时域谐波的相位特性，利用系统实时小信号模型计算系统对输入测试信号的响应过程，得到在风机出口处由控制系统引起的电压谐波为：

将上述公式中与原有扰动频率相同部分的分量进行提取，得到这一分量与输入谐波间的相位关系，即判断系统稳定性所需获得相位为γ₁；

其中，