[发明专利]基于多变量特征轨迹修正的风电机组并网阻尼控制新方法

说明书

本发明提出一种基于多变量频域特征轨迹修正的风电机组次超同步振荡阻尼控制新方法，包括基于多变量频域特征轨迹的单机并网系统的振荡分析、基于特征轨迹修正的阻尼控制、多机并网系统的振荡阻尼控制三个部分，所述方案包括：单台风电机组扫频阻抗特性，单台风电机组并网系统多变量特征频域轨迹分析及稳定性分析、基于特征轨迹修正的单台风电机组主动阻尼抑制方法；多风电机组并网系统频域特征轨迹稳定性分析、多风电机组主动阻尼抑制方法。本发明的方法将基于频域特征轨迹分析方法研究直驱风电机组并网系统的系统稳定性分析，并基于特征轨迹修正提出了一种主动阻尼控制方法，以抑制系统中存在的次超同步振荡。

技术领域

本发明属于电力系统稳定性分析领域，具体涉及一种基于多变量频域特征轨迹修正的风电机组次超同步振荡阻尼控制新方法。

背景技术

以风能利用为主的新能源发电技术又将迎来新的发展契机，然而随着电网中大量电力电子发电设备的接入，以次超同步振荡为主的小干扰稳定问题严重威胁着电力系统的安全稳定运行，并制约着大规模风能的开发利用。其中最典型的实例是2015年发生在新疆哈密地区的直驱风电机组次超同步振荡，该振荡最终使数百公里外的火电机组因为轴系扭振保护而被停机。这些次超同步振荡的事故给风机厂商、发电公司和电网公司带来了巨大的经济损失。

发明内容

为了发挥频域阻抗分析法在处理黑箱问题上的优势，本文将基于频域特征轨迹分析方法研究直驱风电机组并网系统的系统稳定性分析，从其特征轨迹中提取关于次超同步振荡的关键特征，并依据其特征轨迹设计一种控制装置，以抑制系统中存在的次超同步振荡。而后，本文将这种思路推广到多机并网系统中，依据其特征轨迹分析了整个系统的振荡特征以及其可观度、可控度，最后探讨了抑制装置加装位置对抑制效果的影响。本发明提出一种基于多变量频域特征轨迹的风电机组次超同步振荡阻尼控制新方法，包括如下步骤：

单台风电机组扫频阻抗特性，单台风电机组并网系统多变量特征频域轨迹分析及稳定性分析、基于多变量频域特征轨迹的单台风电机组主动阻尼抑制方法；

多风电机组并网系统多变量特征频域轨迹分析及稳定性分析、主导风电机组主动阻尼抑制方法。

1.单台风电机组扫频阻抗特性，单台风电机组并网系统多变量特征频域轨迹分析及稳定性分析、基于多变量频域特征轨迹的单台风电机组主动阻尼抑制方法；

包括：

1)利用导纳扫频方法得到单台风电机组导纳特性Y_s(s)，Y_s(s)为2×2的方阵,s为复频率，s＝a+jω＝a+j2πf，f是频率，a是实部。

2)通过阻抗扫频获取电网侧谐波阻抗特性Z_g(s)，Z_g(s)是单台风电机组并入外电网的频率阻抗模型，其为

其中，L_g是外部电网等值电感，ω₁是工频角频率，ω₁＝2πf₁，f₁是工频50Hz。

阻抗特性是考虑频率耦合的，故而Ys(s)和Zg(s)均为2×2的方阵。

单台风电机组并网系统的闭环传递函数矩阵为

Z_Φ(s)＝Z_g(s)[I+Y_s(s)Z_g(s)]^-1     (2)

可以写出闭环系统的回差矩阵D(s)为

D(s)＝I+Y_s(s)Z_g(s) (3)