一种应用静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的方法

技术领域

本发明属于电力系统稳定控制领域，更确切地说，属于新能源风电安全并网控制技术领域。

背景技术

新能源技术迅猛发展，多个千万千瓦级大型风电基地在我国建成投运。大型风电基地远离负荷中心，新能源远距离外送是解决消纳问题的常用手段。然而，大型风电基地经固定串补交流线路外送电能时存在诱发次同步振荡(Sub-Synchronous Oscillation，SSO)的风险。其中，主流双馈风电机组(Doubly-Fed Induction Generator，DFIG)的稳定性问题尤为突出且备受关注。

目前，针对抑制DFIG-串补系统的SSO问题已提出诸多解决方案。主要集中于改造风电机组自身控制策略和设计并联型FACTS抑制装置。针对风电机组控制策略进行改造，虽然无需增加额外设备成本，但是在运行风电机组数目庞大，加之风电机组型号参数不一，所以一一进行改造工程量很大。针对设计并联型FACTS抑制装置，其中用STATCOM抑制SSO的附加控制策略已完成现场试验，并取得了较好的抑制效果。但受网架结构的影响，并联型FACTS抑制装置注入电流不可避免地存在分流效应，抑制效果降低，故需要升级装置容量来获得更优的抑制效果，所以装置成本也大大提高。

静止同步串联补偿器(Static Synchronous Series Compensator，SSSC)作为串联型FACTS家族的一员，因其控制十分灵活，通过向系统注入一个与线路电流几乎正交的电压，进而改变线路参数以达到调节潮流的目的。现有文献主要针对SSSC抑制火电机组SSO问题，未见文献报道研究SSSC抑制风电SSO问题。本文提出利用串联型FACTS装置(SSSC)抑制风电SSO问题的方法，该方法具有避免并联型FACTS装置的分流稀释效应的优势，同时该方法是电网侧提出抑制风电SSO问题的有效措施。

发明内容

本发明实施例提出一种应用静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的方法，在风电基地外送汇集线路中通过耦合变压器串联接入静止同步串联补偿器，当系统发生次同步振荡时，利用静止同步串联补偿器输出与所在汇集线路中次同步振荡电流同相位的次同步电压分量，此时静止同步串联补偿器在系统振荡频率下等效成一正电阻；通过改变静止同步串联补偿器输出次同步电压的幅值大小，进而将系统振荡频率下的总电阻抬升至正值区间，所以系统具有正阻尼进而可以有效抑制风电次同步振荡。具体步骤包括：

A.监测并获得风电基地外送汇集线路中的次同步振荡电流分量；

B.对所述的次同步振荡电流分量进行相位校正补偿，获得反映实时相位信息的次同步振荡电流瞬时值；

C.对经过相位校正补偿后的次同步振荡电流瞬时值进行比例放大，得到静止同步串联补偿器输出次同步电压的附加调制波；

D.将叠加次同步电压调制波的总调制波进行载波移相正弦脉宽调制，静止同步串联补偿器输出次同步电压经耦合变压器接入汇集线路中。

获得风电汇集线路中的次同步振荡电流分量时，包括：

采用巴特沃斯数字低通滤波器与带阻滤波器串联的滤波方式，低通滤波器用于滤除高次谐波分量，带阻滤波器用于滤除工频分量。

对所述的次同步振荡电流分量进行相位校正补偿，获得反映实时相位信息的次同步振荡电流瞬时值，包括：

C1.对所述的次同步振荡电流分量进行超前滞后相位调整；

C2.对相位调整后的次同步振荡电流分量进行幅值调整。

采用巴特沃斯数字低通滤波器与带阻滤波器串联的滤波方式时，包括：

采用二阶巴特沃斯数字低通滤波器G

式(1)中，ω

相位校正补偿环节包括：

s域下的相位校正补偿传递函数：

式(2)中，K

依据伯德图相频特性，求取参数K

式(3)中，ω

附图说明

图1为本实施例的静止同步串联补偿器抑制风电经串补系统外送原理图；

图2为本实施例的静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的整体控制策略；

图3为本实施例的静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的结构原理图；

图4为本实施例的实际风电经串补系统外送的等值模型示意图；

图5为本实施例的三种风速工况下的系统阻抗特性曲线；

图6为本实施例的三种风速工况下的220kV汇集线路有功功率响应曲线；

图7为本实施例的两种串补度工况下的系统阻抗特性曲线；

图8为本实施例的两种串补度工况下的220kV汇集线路有功功率响应曲线。

具体实施方式

下面根据具体的实施例与附图对本发明作进一步地解释说明。本实施例是在本发明提出的技术方案下进行实施，并给出了详细的实施步骤过程。但是，本发明的保护范围不局限于下述的实施例。

图1为本实施例的静止同步串联补偿器抑制风电经串补系统外送原理图，如图1所示，风电场侧在系统振荡频率下的总阻抗为Z

图2为本实施例的静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的整体控制策略。如图2所示，在具体实施时，静止同步串联补偿器首先保证正常运行，其基本控制策略采用dq解耦双环控制。其中，电压外环dq轴参考值由全局均压控制和定电压控制给定。为保证静止同步串联补偿器稳定运行，相间均压和单元均压均采用叠加有功电压矢量控制策略。本领域技术人员可以根据实际需求改变静止同步串联补偿器的基本控制方式，比如电压外环q轴参考值由定阻抗控制给定，相关的变化例均应归入本发明的保护范围之内。

图3为本实施例的静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的结构原理图。具体包含：

获得风电汇集线路中的次同步振荡电流分量时，采用巴特沃斯数字低通滤波器与带阻滤波器串联的滤波方式，低通滤波器用于滤除高次谐波分量，带阻滤波器用于滤除工频分量。

采用二阶巴特沃斯数字低通滤波器G

式(1)中，ω

获得反映实时相位信息的次同步振荡电流瞬时值时，对所述的次同步振荡电流分量进行超前滞后相位调整；对相位调整后的次同步振荡电流分量进行幅值调整。

相位校正补偿环节包括：

s域下的相位校正补偿传递函数：

式(2)中，K

依据伯德图相频特性，求取参数K

式(3)中，ω

对经过相位校正补偿后的次同步振荡电流瞬时值进行比例放大，得到静止同步串联补偿器输出次同步电压的附加调制波；

将叠加次同步电压调制波的总调制波进行载波移相正弦脉宽调制，静止同步串联补偿器输出次同步电压经耦合变压器接入汇集线路中。

下面通过给出一具体实施例，说明本发明的应用静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的方法的具体应用。现有国内某大型风电基地经固定串补线路外送系统诱发次同步振荡的场景，实际监测到交流系统的次同步电流振荡频率范围为4～10Hz。本实施例以该场景进行展开，将所述应用静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的方法，在PSCAD/EMTDC电磁暂态模型中进行仿真验证有效性。

图4为本实施例的实际风电经串补系统外送的等值模型示意图。如图4所示，n台额定容量1.5MW、额定电压0.69kV的双馈风电机组通过箱式升压变压器(0.69/35kV)和汇集升压变压器(35/220kV)接入220kV汇集线路中，汇集线路经并网站升压变压器(220/500kV)接入500kV串补输电线路进行远距离输送。

采用频率扫描分析法，保持500kV输电线路串补度40％不变，风电场风速分别设定为9m/s、7m/s和5m/s三种工况，对图4等值模型中汇集线路有无投入静止同步串联补偿器进行频率扫描分析。图5为本实施例的三种风速工况下的系统阻抗特性曲线，图5中，R

为验证频率扫描分析结果，系统工况不变，仿真时刻5s时，通过投固定串补作为系统扰动激发振荡，图6为本实施例的三种风速工况下的220kV汇集线路有功功率响应曲线。由图6可知，系统在受到扰动后，接入静止同步串联补偿器时汇集线路有功功率振荡收敛，该仿真结果与频率扫描分析一致，验证了本发明方法的有效性。

保持风电场风速9m/s不变，500kV输电线路串补度设定为60％和80％两种工况，对图4等值模型中汇集线路有无投入静止同步串联补偿器进行频率扫描分析。图7为本实施例的两种串补度工况下的系统阻抗特性曲线，图8为本实施例的两种串补度工况下的220kV汇集线路有功功率响应曲线。通过图7、8仿真分析结果可知，本发明方法在多种运行工况下的适用性及有效性。