一種利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法
2023-09-19 11:44:00 1
專利名稱：一種利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法
技術領域：
本發明涉及一種電力系統領域的方法，具體涉及一種利用附加阻尼控制器調製風電機組提高大型風電場併網系統低頻振蕩阻尼特性的方法。
背景技術：
風能利用的潛力巨大，陸地和海上風能的可開發裝機總容量達到大約7 12億 kw，最新評估報告提出的數據甚至可達25億kW以上。我國政府關於風電發展的承諾中，一項重要的組成部分就是建設七大「千萬千瓦級風電基地」。七大風電基地分別位於內蒙古東部和西部、新疆哈密、甘肅酒泉、河北、吉林西部和江蘇沿岸及近海地帶。隨著風電場的大規模發展，風電機組的研究、製造與應用水平也在不斷提高，從過去對風能利用效率不高的恆速風機發展到追求風能最大轉換效率的變速恆頻風電機組。其中，基於雙饋感應發電機的兆瓦級風電機組因其在運行方面表現的諸多優點，已成為當前風電市場的主流機型。與歐洲發達國家風電分布式分散接入電網不同，我國風電採用「大規模、高集中」 的開發模式和「大容量、高電壓、遠距離」的輸送模式。在我國新疆哈密和甘肅河西走廊，具有豐富的風力資源，同時也是我國重要的煤炭基地，將該地區的風電與火電打捆外送，可以彌補風功率出力不確定性，造成大容量外送輸電通道設備利用效率偏低等不利影響，保證能源供應的穩定性和電力系統運營經濟性。然而，遠距離大容量電力外送，系統振蕩阻尼特性將會減弱，受故障或風功率波動擾動，系統易出現低頻振蕩，危機電網安全穩定運行。通過加強輸電網或安裝靈活交流輸電等一次裝置，雖能提高系統的振蕩阻尼，但會面臨巨額投資。通過控制雙饋風電機組轉子勵磁電流，可快速調節其輸出功率水平。另一方面，由於風功率波動特點，風機可在較大的出力範圍內連續、穩定運行。因此，利用附加功率控制器對系統受擾後的風機出力進行調節，通過風電場吞吐系統振蕩能量，則能夠達到抑制系統低頻振蕩、快速恢復系統穩定的目的，實現提高風火打捆大容量外送系統的安全穩定水平和輸電能力。利用大容量風電場附加阻尼控制改善電網動態特性，具有較好的經濟性和廣闊的應用前景。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用附加阻尼控制器調製風電機組有功出力，提高大型風電場併網系統低頻振蕩阻尼特性的方法。依據雙饋風電機組最優轉速控制的基本原理，引入交流電網受擾後低頻振蕩特徵信號設計附加阻尼控制器，阻尼控制器輸出為風機控制轉速的調製分量，通過對風機轉速控制實現其有功出力調節，從而達到抑制電網振蕩的效果。本發明採用下述技術方案予以實現—種利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其改進之處在於，設計併網風電場和風電機組的阻尼控制器抑制併網系統低頻振蕩，所述方法包括以下步驟
(1)採用電力系統仿真計算工具，建立風電機組及大型風電場併網系統的仿真模型；(2)在風電機組最優轉速控制系統中，施加頻率範圍為0. 05-1. 5Hz的低頻振蕩信號，通過傅立葉分析，求取外送交流通道有功功率與轉速控制信號間的開環傳遞函數；基於所述開環傳遞函數以及所述電力系統目標極點設計風電機組附加阻尼控制器，並整定所述附加阻尼控制器參數；(3)對風電場併網系統施加三相短路大擾動，校核不同運行條件下風機附加阻尼控制器對抑制電力系統低頻振蕩的效果；(4)根據步驟(3)中附加阻尼控制器抑制電力系統低頻振蕩仿真計算的效果，微調控制器參數，進一步優化所述電力系統低頻振蕩阻尼特性。本發明提供的一種優選的技術方案是所述步驟(1)中，所述風電機組模型包括風功率系統、風力發電機及風力發電機控制系統模型；所述交流電網中火電機組和水電機組均採用計及調節器的詳細模型；雙饋風機轉子側控制系統採用基於定子磁鏈定向的功率解耦控制，定子側採用基於電網電壓定向的功率解耦控制。本發明提供的第二優選的技術方案是所述步驟O)中，在風電機組最優轉速控制系統中，將頻率範圍為0. 05-1. 5Hz，增量為0. 05Hz的低頻小幅值振蕩信號Δ ω疊加至控制轉速參考值ω&上，即
權利要求
1.一種利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其特徵在於，設計併網風電場和風電機組的阻尼控制器抑制併網系統低頻振蕩，所述方法包括以下步驟(1)採用電力系統仿真計算工具，建立風電機組及大型風電場併網系統的仿真模型；(2)在風電機組最優轉速控制系統中，施加頻率範圍為0.05-1. 5Hz的低頻振蕩信號， 通過傅立葉分析，求取外送交流通道有功功率與轉速控制信號間的開環傳遞函數；基於所述開環傳遞函數以及所述電力系統目標極點設計風電機組附加阻尼控制器，並整定所述附加阻尼控制器參數；(3)對風電場併網系統施加三相短路大擾動，校核不同運行條件下風機附加阻尼控制器對抑制電力系統低頻振蕩的效果；(4)根據步驟(3)中附加阻尼控制器抑制電力系統低頻振蕩仿真計算的效果，微調控制器參數，進一步優化所述電力系統低頻振蕩阻尼特性。
2.如權利要求1所述的利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其特徵在於，所述步驟(1)中，所述風電機組模型包括風功率系統、風力發電機及風力發電機控制系統模型；所述交流電網中火電機組和水電機組均採用計及調節器的詳細模型；雙饋風機轉子側控制系統採用基於定子磁鏈定向的功率解耦控制，定子側採用基於電網電壓定向的功率解耦控制。
3.如權利要求1所述的利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其特徵在於，所述步驟O)中，在風電機組最優轉速控制系統中，將頻率範圍為0.05-1. 5Hz，增量為 0. 05Hz的低頻小幅值振蕩信號Δ ω疊加至控制轉速參考值上，即
4.如權利要求1所述的利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，在大型風電場併網系統不同運行條件下，驗證附加阻尼控制器抑制低頻振蕩的有效性；所述大型風電場併網系統發生大擾動，仿真校驗電力系統不同運行方式以及風電場不同出力水平下的附加阻尼控制器抑制系統低頻振蕩的有效性。
5.如權利要求2所述的利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其特徵在於，所述風電機組包括雙饋變速恆頻率風電機組；所述雙饋變速恆頻率風電機組的主要部件包括風功率系統、風力發電機和風機控制系統。
6.如權利要求3所述的利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其特徵在於，求取所述附加阻尼控制器參數，對所述主導極點進行相位及幅值補償。
7.如權利要求5所述的利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其特徵在於，所述風功率系統建模過程如下所述風功率系統模擬包括三個部分風速模擬系統、風輪機組特性模擬以及葉片角控制部分；所述風功率系統輸出為風力發電機輸入機械轉矩；動態風速可模擬基本風Vwb、陣風Vwg、漸變風、隨機噪聲風V ，合成風速V為
8.如權利要求5所述的利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其特徵在於，所述風力發電機組採用鼠籠式感應電動機模擬；所述風力發電機轉子迴路通過發電機滑環與外界電壓源互聯；所述風力發電機轉子電壓Urf與不等於0，雙饋感應發電機通過控制所述風力發電機轉子外界電壓，可控制風力發電機轉子輸出的有功和無功功率；同步旋轉dqO坐標系下雙饋感應發電機的電壓方程為
9.如權利要求5所述的利用風電機組附加阻尼控制器提高系統阻尼的方法，其特徵在於，所述風機控制系統分為兩層第一層為風力機最優風功率跟蹤控制及風電機組無功功率控制，所述風力機最優風功率跟蹤根據實時風速以及確定風機轉子最優轉速；所述風電機組無功功率控制根據無功功率控制策略確定風電機組的無功參考值；第二層為功率解耦控制，以第一層控制所確定的最優轉速及無功功率參考值為控制目標，實現定子側和轉子側變頻器的有功和無功解耦控制。
全文摘要
本發明屬於電力系統領域，具體涉及一種利用附加阻尼控制器調製風電機組有功出力，提高大型風電場併網系統低頻振蕩阻尼特性的方法。本發明依據雙饋風電機組最優轉速控制的基本原理，引入交流電網受擾後低頻振蕩特徵信號設計附加阻尼控制器，阻尼控制器輸出為風機控制轉速的調製分量，通過對風機轉速控制實現其有功出力調節，從而達到抑制系統振蕩的效果。將本發明應用到大型併網風電場，能夠增強受擾後系統低頻振蕩阻尼特性，快速抑制系統振蕩，提升電網接納大容量新能源電力的能力。
文檔編號H02J3/24GK102255325SQ201110175859
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者丁劍, 唐曉駿, 宋雲亭, 尚慧玉, 張志強, 張鑫, 鄭超, 陳得治, 雷虹雲, 馬世英 申請人:中國電力科學研究院