本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種應(yīng)用混合型統(tǒng)一潮流控制器(Hybrid unified power flow controller，HUPFC)抑制雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電系統(tǒng)次同步振蕩(Sub
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種應(yīng)用混合潮流控制器抑制風(fēng)電次同步振蕩的方法
[0001]本專利技術(shù)涉及電力系統(tǒng)
，具體涉及一種應(yīng)用混合潮流控制器抑制風(fēng)電次同步振蕩的方法。
技術(shù)介紹
[0002]近年來風(fēng)力發(fā)電在世界范圍內(nèi)的各類發(fā)電方式中所占比重快速提升，我國風(fēng)電裝機容量占據(jù)世界榜首。輸電線路裝設(shè)串聯(lián)補償電容，可以大幅提高雙饋風(fēng)電場電能外送能力。但是，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(Doubly
?
fed Induction Generator，DFIG)控制系統(tǒng)與串補輸電線路的相互作用，可能引發(fā)次同步振蕩(sub
?
synchronous oscillation，SSO)問題。
[0003]2009年10月美國德州某風(fēng)電場由于雙饋電機控制系統(tǒng)和串補線路之間的相互作用引起的SSO事件，造成大量風(fēng)電機組脫網(wǎng)和雙饋電機的撬棒損壞；2011年以來我國河北沽源地區(qū)多次出現(xiàn)SSO，造成多起風(fēng)電機組因諧波過量而切機棄風(fēng)的事故。基于以上事故案例，對雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電系統(tǒng)SSO問題的特性分析和抑制措施已經(jīng)引起工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，成為新形勢下電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的重要內(nèi)容。
[0004]雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電系統(tǒng)SSO發(fā)生的原因是當(dāng)系統(tǒng)受到小擾動后，電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生頻率為f
sub
的諧振電流，該諧振電流在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)出相應(yīng)的次同步電流。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度比次同步電流分量產(chǎn)生的次同步旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速高，故轉(zhuǎn)差率為負值，致使轉(zhuǎn)子的等效電阻變?yōu)樨撝怠．?dāng)轉(zhuǎn)子等效電阻的絕對值大于諧振頻率f
sub
下定子和輸電系統(tǒng)的等效電阻之和時，整個系統(tǒng)的等效電阻為負值，系統(tǒng)因缺乏正阻尼而振蕩失穩(wěn)。
[0005]目前，針對雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電系統(tǒng)SSO的抑制措施研究主要從風(fēng)機側(cè)和電網(wǎng)側(cè)兩方面開展，并取得一定的研究成果。風(fēng)機側(cè)抑制措施有：優(yōu)化變流器控制參數(shù)、改善控制策略等。論文“王亮，謝小榮，姜齊榮，《大規(guī)模雙饋風(fēng)電場次同步諧振的分析與抑制》，電力系統(tǒng)自動化”，通過適當(dāng)減小轉(zhuǎn)子側(cè)換流器電流環(huán)比例系數(shù)來抑制系統(tǒng)SSO。論文“董曉亮，謝小榮，田旭，《雙饋風(fēng)機定子側(cè)變流器的附加阻尼抑制次同步振蕩方法》，高電壓技術(shù)”，在定子側(cè)變流器控制策略中引入附加控制，從而產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)速增量反相的附加轉(zhuǎn)矩，為系統(tǒng)提供正阻尼。但大規(guī)模風(fēng)電場中風(fēng)機型號各異，需要針對所有風(fēng)機進行參數(shù)修改，工程量巨大，對于已經(jīng)投運且不具備附加阻尼抑制器的風(fēng)電機組，實施起來較為困難。
[0006]電網(wǎng)側(cè)抑制措施有：改變系統(tǒng)運行方式、利用柔性輸電裝置提高系統(tǒng)阻尼等。在2010年10月沽源地區(qū)次同步問題產(chǎn)生之初，針對諧振多產(chǎn)生在風(fēng)電上送功率較低工況下的特點，通過采用在沽源風(fēng)電上送功率低于100MW情況下臨時退出一套串補裝置的運行措施，降低了SSO發(fā)生的概率。但是，改變系統(tǒng)的運行方式限制了系統(tǒng)的經(jīng)濟運行，且不能從根本上抑制雙饋經(jīng)串補系統(tǒng)SSO的發(fā)生。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在電網(wǎng)側(cè)裝設(shè)柔性輸電裝置不僅可提高系統(tǒng)阻尼，實現(xiàn)DFIG經(jīng)串補輸電系統(tǒng)SSO的有效抑制，而且可有效避免針對單臺DFIG進行改造時工程量巨大的問題。論文“朱鑫要，金夢，李建生，《統(tǒng)一潮流控制器附加阻尼抑制次同步諧振的理論與仿真》，電力系統(tǒng)自動化”，設(shè)計了一種針對統(tǒng)一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)的附加次同步阻尼控制器，采用模態(tài)分離控制的
結(jié)構(gòu)，達到多模態(tài)抑制SSO的目的。但是，UPFC由大容量電力電子器件構(gòu)成，造價高昂。K.K.SEN在2003年提出了一種基于有載調(diào)壓開關(guān)的移相變壓器(“Sen”Transformer，ST)，利用移相和有載調(diào)壓的技術(shù)，在線路中串入0～360
°
的可控電壓，獨立控制系統(tǒng)的有功、無功潮流，實現(xiàn)了與UPFC類似的潮流調(diào)節(jié)功能。但分接頭的存在使ST輸出電壓離散，無法對線路潮流進行連續(xù)調(diào)節(jié)。ST具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低的優(yōu)點，但動作速度慢，只能實現(xiàn)對潮流的控制，無法對提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、抑制功率振蕩起到作用。將UPFC與ST組合，構(gòu)成混合潮流控制器(Hybrid Power Flow Controller，HUPFC)，既能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)潮流的連續(xù)控制，又能有效降低工程造價，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0007]在上述研究的基礎(chǔ)上，本專利技術(shù)提出一種應(yīng)用HUPFC抑制風(fēng)電次同步振蕩的方法。該方法通過監(jiān)測并提取雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電系統(tǒng)中的次同步振蕩電流分量，實現(xiàn)HUPFC輸出與次同步振蕩電流同相位的次同步電壓分量。最終實現(xiàn)系統(tǒng)等效正電阻，從而有效抑制系統(tǒng)次同步振蕩。該方法在系統(tǒng)穩(wěn)定時，不影響HUPFC調(diào)節(jié)潮流的能力；在系統(tǒng)發(fā)生次同步振蕩時，能有效抑制次同步振蕩，使系統(tǒng)在較短時間內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)定。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)的目的在于提出一種應(yīng)用混合潮流控制器抑制風(fēng)電次同步振蕩的方法。
[0009]本專利技術(shù)所采取的技術(shù)方案如下。
[0010]將HUPFC串聯(lián)接入雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生次同步振蕩時，利用HUPFC輸出一個與輸電線路中次同步電流相位相同、幅值可變的次同步電壓分量，此時HUPFC在系統(tǒng)振蕩頻率下等效成一正電阻；通過改變HUPFC輸出次同步電壓的幅值大小，實現(xiàn)系統(tǒng)等效正電阻。系統(tǒng)具有正阻尼，進而可以有效抑制風(fēng)電次同步振蕩。具體步驟包括：
[0011]S1：監(jiān)測并提取雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電系統(tǒng)中的次同步振蕩電流分量；
[0012]S2：對所述的次同步振蕩電流分量進行相位校正補償，獲得反映實時相位信息的次同步振蕩電流瞬時值；
[0013]S3：對經(jīng)過相位校正補償后的次同步振蕩電流瞬時值進行比例放大，得到HUPFC輸出次同步電壓的附加調(diào)制波；
[0014]S4：對疊加次同步電壓調(diào)制波的總調(diào)制波進行載波移相正弦脈寬調(diào)制，將HUPFC輸出次同步電壓疊加至雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電線路中。
[0015]步驟S1監(jiān)測并提取雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電系統(tǒng)中的次同步振蕩電流分量，具體策略為：
[0016]S11：采用低通濾波器即二階Butterworth濾波器G
TF1
(s)將高次諧波濾除。
[0017]S12：采用帶阻濾波器即四階Butterworth濾波器G
TF2
(s)將工頻量濾除。
[0018]G
TF1
(s)、G
TF2
(s)傳遞函數(shù)定義為：
[0019][0020]式中，ω
d
為低通濾波器的截止角頻率，其取值應(yīng)容許次同步頻率下的分量通過；
ω
c
為帶阻濾波器的中心角頻率；ξ為阻尼系數(shù)，一般取ξ＝0.7。
[0021]步驟S2對所述的次同步振蕩電流分量進行相位補償，獲得反映實時相位信息的次同步振蕩電流瞬時值，具體策略為：
[0022]相位補償環(huán)節(jié)用來補償步驟S1中濾波環(huán)節(jié)對次同步電流造成的影響，其傳遞函數(shù)G
p
(s)為：
[0023][0024]式中，K...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種應(yīng)用混合潮流控制器抑制風(fēng)電次同步振蕩的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：監(jiān)測并提取雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電系統(tǒng)中的次同步振蕩電流分量；S2：對所述的次同步振蕩電流分量進行相位校正補償，獲得反映實時相位信息的次同步振蕩電流瞬時值；S3：對經(jīng)過相位校正補償后的次同步振蕩電流瞬時值進行比例放大，得到混合潮流控制器輸出次同步電壓的附加調(diào)制波；S4：對疊加次同步電壓調(diào)制波的總調(diào)制波進行載波移相正弦脈寬調(diào)制，將混合潮流控制器輸出的次同步電壓疊加至雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電線路中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所訴的一種應(yīng)用混合潮流控制器抑制風(fēng)電次同步振蕩的方法，其特征在于，步驟S1監(jiān)測并提取雙饋風(fēng)電場經(jīng)串補輸電系統(tǒng)中的次同步振蕩電流分量，具體策略為：S11：采用低通濾波器即二階Butterworth濾波器GTF1(s)將高次諧波濾除。S12：采用帶阻濾波器即四階Butterworth濾波器GTF2(s)將工頻量濾除。G
TF1
(s)、G
TF2
(s)傳遞函數(shù)定義為：式中，ω
d
為低通濾波器的截止角頻率，其取值應(yīng)容許次同步頻率下的分量通過；ω
c
為帶阻濾波器的中心角頻率；ξ為阻尼系數(shù)，一般...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高本鋒，王曉，
申請(專利權(quán))人：華北電力大學(xué)保定，
類型：發(fā)明
國別省市：
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