一种定子电压前馈的双馈风机高频振荡抑制方法及装置与流程

本发明涉及电力系统稳定与控制，具体涉及一种适用于弱电网条件下双馈风机并网系统的高频振荡抑制方法及装置，尤其适用于包含并联补偿电容的交流电网场景。

背景技术：

1、随着大规模风电并网及电网输电距离增加，电网呈现弱电网特性，由此引发的系统高频振荡问题日益突出，严重威胁风电场及电网的安全稳定运行。现有高频振荡抑制方法主要分为无源阻尼和有源阻尼两类。有源阻尼方法中，基于虚拟阻抗的控制策略因其无需增加硬件且实现灵活而成为研究热点。

2、然而，现有技术仍存在以下显著不足：

3、（1）部分基于定子电压前馈的抑制方法，通常仅针对单侧（如转子侧）变流器进行控制，未充分考虑网侧变流器与转子侧变流器在高频下的协同抑制需求。由于双馈风机的网侧变流器和转子侧变流器通过直流母线耦合，其高频阻抗特性相互影响，单侧控制难以实现整体输出阻抗的有效重塑。

4、（2）现有虚拟阻抗方法的设计严重依赖于对特定谐振频率点的精确匹配。当电网侧并联补偿电容值发生较大范围变化时（如从3μf投切至11μf），系统谐振频率随之漂移，原有抑制策略极易失效。这导致抑制器需要配置复杂的频率检测与跟踪环节，增加了系统成本和实施难度。

5、（3）现有抑制器的控制性能对机组本体参数（如转子电阻、电感等）高度敏感。不同型号、不同容量的双馈风机参数差异显著，导致同一套抑制参数无法通用，必须针对每款机组重新设计甚至重新整定控制器的比例积分系数，工程适配工作量巨大。

6、（4）在相关技术领域中，部分针对柔性直流输电并网或逆变器并网的高频振荡抑制方案，其控制机理与参数设计原则与本专利所针对的、包含并联补偿的弱交流电网场景存在本质差异，难以直接适用。

7、因此，本领域亟需一种能够摆脱对实时谐振频率检测的依赖、具备宽频带适应性，并且不因风电机组自身型号或参数差异而需重新设计抑制参数的高频振荡抑制方法。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有技术的上述不足，提供一种自适应性强、无需频率检测、不依赖机组具体参数的双馈风机高频振荡抑制方法及装置，以解决现有技术中抑制策略参数依赖性强、适应工况变化能力弱的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种定子电压前馈的双馈风机高频振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤s1，在网侧变流器（gsc）和转子侧变流器（rsc）的控制环路中，同时引入定子电压前馈通道；

5、步骤s2，将所述定子电压前馈通道的前馈点设置于数字控制延时环节（）之前；

6、步骤s3，在所述定子电压前馈通道中，为网侧变流器和转子侧变流器配置统一的虚拟阻抗系数，即满足，其中为gsc侧虚拟阻抗，为rsc侧虚拟阻抗；

7、步骤s4，通过所述定子电压前馈与所述统一的虚拟阻抗系数，将双馈风机并网系统的整体输出阻抗重塑为的形式；

8、其中，为阻抗重塑等效系数，为重塑前的输出阻抗，为数字控制延时传递函数。

9、可选地，所述虚拟阻抗系数可以采用比例系数、一阶高通滤波器、一阶低通滤波器或比例-微分环节等多种形式实现，以适应不同的系统延时特性和振荡频段。

10、进一步地，在步骤s1之前，所述方法还包括可选的预备步骤s0：基于阻抗分析法建立所述双馈风机并网系统的阻抗模型；采用变权重灰色关联分析，量化包括控制延时、并补电容在内的多个影响因素对系统谐振频率变化的敏感性，识别出对高频振荡起主导作用的强相关因素。该步骤为控制结构的设计提供理论依据。

11、进一步地，所述方法还包括步骤s5：在所述定子电压前馈通道中串联一个振荡抑制器，所述振荡抑制器由相位补偿器和二阶切比雪夫滤波器级联构成，以进一步补偿相位、滤除噪声，增强系统鲁棒性。

12、本发明的工作原理与核心创新在于：

13、本发明创造性地将“双侧同时引入定子电压前馈”、“前馈点后移至延时环节之前”以及“双侧采用统一虚拟阻抗系数”三个特征有机结合。通过这一特定控制结构，经过严格的阻抗建模与框图等效变换，推导出双馈风机整体输出阻抗的重塑表达式为，其中。

14、关键在于：的表达式仅与设计者选定的虚拟阻抗和系统固有的数字控制延时有关，而完全不包含双馈风机本体的转子电阻、转子电感、定子电阻、定子电感及互感等机电参数。这意味着，为某一型号机组设计的抑制器参数可以不经任何修改直接应用于另一型号机组，从根本上解决了现有方法的参数依赖性问题，实现了“即插即用”式的通用性设计。

15、由于本发明的阻抗重塑行为不依赖于对某一固定谐振频率的匹配，而是通过系数在整个控制频段内一致地缩放输出阻抗，因此当电网并联补偿电容大幅变化导致系统谐振频率漂移时，本发明方法仍能保持系统在宽频范围内的充足相位裕度（实测≥34°）。这无需配置复杂的频率检测与跟踪环节，实现了自适应的宽频振荡抑制。

16、该方法已在实际工程中得到验证。在某省西部220kv实际电网发生高频振荡时，应用本发明方法后，公共耦合点电压总谐波畸变率（thd）在60毫秒内从56.13%迅速降至1.35%，系统快速恢复稳定。仿真与实验均表明，同一套参数可在2mw和7.5kw两种不同容量机组上均取得优良抑制效果（thd<1%）。

17、整个方案为基于控制算法的改进，可完全嵌入现有变流器的数字控制器（如dsp、fpga）中实现，无需增加任何额外硬件设备，改造成本极低，易于在现有风电场推广。

18、第二方面，本发明提供一种实现上述方法的装置，其特征在于，包括控制器重构模块和阻抗重塑模块，并可进一步包括灰色关联分析模块、滤波与补偿模块、数据采集单元等。该装置可集成于风电机组变流器的数字控制单元中。

19、第三方面，本发明提供一种包含上述装置的双馈风机变流器控制系统。

1.一种定子电压前馈的双馈风机高频振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟阻抗系数的形式为以下之一：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s1之前还包括预备步骤s0：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤s5：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相位补偿器的参数配置满足以下至少一项：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述滤波器为二阶切比雪夫滤波器，其设计参数满足：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻抗重塑等效系数使得重塑后的输出阻抗不依赖于双馈风机的转子电阻、转子电感、定子电阻、定子电感及互感中的任一具体数值，从而实现同一组抑制器参数直接适配不同电气参数型号的双馈风电机组，无需重新整定。

8.一种定子电压前馈的双馈风机高频振荡抑制装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括以下至少一个模块：

10.一种双馈风机变流器控制系统，其特征在于，包括：