永磁直驱风电场高频谐振在线控制方法及系统

本发明涉及风电场谐振控制，具体地，涉及永磁直驱风电场高频谐振在线控制方法及系统。

背景技术：

1、随着风光等新能源的快速发展，大量风电和光伏通过电力电子变换器接入电网，电力系统逐渐呈现出高比例清洁能源和高比例电力电子装置的“双高”特点。双高电网下目前新能源发展面临的一个关键问题是宽频振荡问题，主要原因是新能源发电单元、柔性直流输电和储能等系统均通过并网变换器接入电网，并网变换器的端口特性由控制主导其呈现出多时间尺度、强非线性和多环路耦合等特征，变换器之间、变换器与电网之间复杂的控制相互作用引发宽频振荡，给电力系统稳定运行造成严重影响。

2、风力发电是新能源发展体系的重要组成部分，无齿轮箱的直驱型风电机组以结构简单、体积紧凑、维护方便等优点，逐渐成为风力发电系统中的主流机型。针对直驱型风电场接入电网存在的宽频振荡问题，由于其形成机理尚不明晰，且在线预测困难，目前采取的普遍手段是当振荡发生以后，根据现场风电场的实际参数通过仿真建模的方法复现问题，进而提出抑制振荡的方法。然而宽频谐振中的高频谐振其受线路参数、系统运行方式、开关投切等多因素综合影响，导致高频谐振的频带范围宽，谐振频率变化复杂，现有的抑制谐振方法在应对高频谐振问题时，存在处理周期长、效率低下、自动化水平低等不足。

3、专利文献cn104362628b(申请号：201410507505.7)公开了一种避免大型风电场发生谐振的控制方法，包括以下步骤：1)数据测量采集与处理分析，以风电场出口为测量点，采集电压和电流数据，依次进行高通滤波hpf、离散傅里叶分解dft信号处理，利用戴维南等效定理，求出风电场系统的谐波阻抗，对计算的谐波阻抗结果进行分析，得到谐振频率；2)并联电容器投切容量逻辑计算，在某电容器容量下以切出、投入的次序判断，电场并网点阻抗值是否位于两个阻抗中间值的±30％范围内，直至满足要求为止；3)晶闸管控制电容器组合并入电网运行。

4、因此，针对现有技术的不足之处，本领域亟待提出在一种永磁直驱风电场高频谐振在线控制方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种永磁直驱风电场高频谐振在线控制方法及系统。

2、根据本发明提供的一种永磁直驱风电场高频谐振在线控制方法，包括：

3、步骤s1：启动并网变换器控制直流电压稳定；

4、步骤s2：在场站控制器中初始化风电机组并网变换器输出谐波电流的控制参数；

5、步骤s3：场站控制器控制风电机组并网变换器向并网点注入不同频率谐波电流；

6、步骤s4：实时检测场站升压站并网点的三相电流，判断风电场并网系统谐波频率是否满足预设要求，将满足预设要求的谐振频率进行记录并存储；判断频率扫描精度是否达到预设要求，若达到要求，则停止注入谐波电流；否则重复触发步骤s3至步骤s4；

7、步骤s5：场站控制器发送谐振频率信息给风电机组，风电机组根据接收到的谐振频率信息选择有源阻尼控制或无源阻尼控制。

8、优选地，所述步骤s1采用：采样并网变换器出口电压，并对采样到的并网变换器出口电压进行预处理；将预处理后的电压输入相位检测装置检测风电机组并网点电压的相位，基于风电机组并网点电压的相位通过向并网变换器施加电压和电流双闭环控制启动并网变换器稳定直流电压。

9、优选地，所述步骤s2采用：场站控制器初始化风电机组并网变换器输出谐波电流的控制参数fa、fb、iinj和计数器z；其中，fa表示频率下限值；fb表示频率上限值；iinj表示并网变换器注入正弦电流信号幅值。

10、优选地，所述步骤s3采用：

11、步骤s3.1：场站控制器设置并网变换器注入电流信号为正弦信号，其幅值为iinj，频率为finj，持续时间为t1；

12、步骤s3.2：场站控制器将注入指令电流的幅值、频率和持续时间发送至并网变换器；

13、步骤s3.3：并网变换器收到指令信号后，设置q轴电流正弦指令信号的幅值为iinj，频率为finj，控制并网变换器持续时间为t1的正弦指令信号，结束后向场站控制器发送注入信号完成标志位；

14、步骤s3.4：场站控制器收到并网变换器发送的注入信号完成标志位，设置并网变换器注入正弦电流信号的幅值为iinj+δi，频率为finj+δf，持续时间为t1，并再次将注入指令电流的幅值、频率和持续时间发送至并网变换器；重复上述步骤，直到注入信号的频率超过fmax后，停止信号注入，并网变换器重新设置q轴电流信号为0。

15、优选地，所述步骤s4采用：

16、步骤s4.1：通过电流互感器检测场站升压站并网点三相电流ighabc，并对三相电流ighabc进行快速fft计算；

17、步骤s4.2：根据fft计算结果对三相电流ighabc的谐波频次进行从大到小排序，将谐波含量超过设定值δ％的谐波频率以及对应注入电流的频率信号进行存储记录；

18、步骤s4.3：根据记录的风电场并网系统谐振频率信息重新对风电机组的谐振频率进行满足预设要求的精细化扫描，并将谐波含量超过设定值δ％的谐波频率进行存储记录。

19、优选地，所述步骤s5采用：场站控制器根据记录的谐波频率信息，给风电机组发系统谐振频率信息；风电机组正常运行时根据场站控制器发送的电流谐振频率信息，选择采用有源阻尼控制或无源阻尼控制，当谐波频率小于系统开关频率fsw的γ倍时，在并网变换器中投入有源阻尼控制；当电流谐波频率大于系统开关频率fsw的γ倍时，在并网变换器中投入无源阻尼控制。

20、根据本发明提供的一种永磁直驱风电场高频谐振在线控制系统，包括：

21、模块m1：启动并网变换器控制直流电压稳定；

22、模块m2：在场站控制器中初始化风电机组并网变换器输出谐波电流的控制参数；

23、模块m3：场站控制器控制风电机组并网变换器向并网点注入不同频率谐波电流；

24、模块m4：实时检测场站升压站并网点的三相电流，判断风电场并网系统谐波频率是否满足预设要求，将满足预设要求的谐振频率进行记录并存储；判断频率扫描精度是否达到预设要求，若达到要求，则停止注入谐波电流；否则重复触发模块m3至模块m4；

25、模块m5：场站控制器发送谐振频率信息给风电机组，风电机组根据接收到的谐振频率信息选择有源阻尼控制或无源阻尼控制。

26、优选地，所述模块m1采用：采样并网变换器出口电压，并对采样到的并网变换器出口电压进行预处理；将预处理后的电压输入相位检测装置检测风电机组并网点电压的相位，基于风电机组并网点电压的相位通过向并网变换器施加电压和电流双闭环控制启动并网变换器稳定直流电压。

27、优选地，所述模块m3采用：

28、模块m3.1：场站控制器设置并网变换器注入电流信号为正弦信号，其幅值为iinj，频率为finj，持续时间为t1；

29、模块m3.2：场站控制器将注入指令电流的幅值、频率和持续时间发送至并网变换器；

30、模块m3.3：并网变换器收到指令信号后，设置q轴电流正弦指令信号的幅值为iinj，频率为finj，控制并网变换器持续时间为t1的正弦指令信号，结束后向场站控制器发送注入信号完成标志位；

31、模块m3.4：场站控制器收到并网变换器发送的注入信号完成标志位，设置并网变换器注入正弦电流信号的幅值为iinj+δi，频率为finj+δf，持续时间为t1，并再次将注入指令电流的幅值、频率和持续时间发送至并网变换器；重复上述步骤，直到注入信号的频率超过fmax后，停止信号注入，并网变换器重新设置q轴电流信号为0。

32、优选地，所述模块m4采用：

33、模块m4.1：通过电流互感器检测场站升压站并网点三相电流ighabc，并对三相电流ighabc进行快速fft计算；

34、模块m4.2：根据fft计算结果对三相电流ighabc的谐波频次进行从大到小排序，将谐波含量超过设定值δ％的谐波频率以及对应注入电流的频率信号进行存储记录；

35、模块m4.3：根据记录的风电场并网系统谐振频率信息重新对风电机组的谐振频率进行满足预设要求的精细化扫描，并将谐波含量超过设定值δ％的谐波频率进行存储记录；

36、所述模块m5采用：场站控制器根据记录的谐波频率信息，给风电机组发系统谐振频率信息；风电机组正常运行时根据场站控制器发送的电流谐振频率信息，选择采用有源阻尼控制或无源阻尼控制，当谐波频率小于系统开关频率fsw的γ倍时，在并网变换器中投入有源阻尼控制；当电流谐波频率大于系统开关频率fsw的γ倍时，在并网变换器中投入无源阻尼控制。

37、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

38、1、采用本发明能够在线自动实现永磁直驱风电场的高频谐振控制，不但有效抑制了高频谐振电流振荡，而且有效改善问题的处理效率和成本；

39、2、本发明利用场站控制器与机组的控制与信息交互机制，通过分段逐次逼近的方式对永磁直驱风电场的固有谐振频率点进行精细化扫描，根据谐振频率的范围自动施加阻尼控制，实现了永磁直驱风电场高频谐振频率的在线主动抑制；

40、3、与现有风电场普遍采用先离线分析再施加阻尼控制方法相比，本发明的主要特点是可在线动态检测永磁直驱风电场站高频谐振频点的变化并快速施加阻尼控制，具有抑制速度块、控制精度高、适应性强等优点，有效解决了传统永磁直驱风电场高频谐振离线控制方法存在的处理周期长、效率低、自动化水平低等问题。