新能源电站阻尼注入控制器设计分析

新能源电站阻尼注入控制器设计分析

黄广龙  

深圳市愿力创科技有限公司  518100

摘要：本文先研究了新能源电站阻尼注入器的工作原理，为了保证新能源电站建设的应用功能，使其达到最大化的应用价值，在阻尼注入控制器设计中分别从其设计思路和设计结构两个方面对其进行分析，最后对其对新能源电站运行中参数控制和电气距离的影响进行研究，希望能为新能源电站的高质量建设提供参考。

关键词：新能源电站；阻尼注入控制器；设计分析

引言：为了推动现代社会可持续发展，在当前社会生产生活中要不断扩大各种新能源的应用范围，随着风、光等清洁能源发电技术的成熟和大规模建设，使人们日渐增加的用电需求得到满足，但新能源电站在不同的应用场景中，要实现对电压阻尼注入的高效控制，还要对其控制器的设计进行深入分析。

一、阻尼注入控制器在新能源电站中的工作原理

作为电力系统中的关键组成结构，新能源电站中的同步发电机在运行过程中电力系统频率动态可以从其转子运动反映出来，且受同步发电机或集群间振捣的影响，引发电力系统低频振荡，致使同步发电机转子转速在工作点出现摆动。由于同步发电机转子摇摆受其电磁功率、机械功率、转动惯量的影响，在其振荡过程中，振荡状态随其转速发生变化。同步发电机在实际的运行期间，原动机会对其转速机械功率产生决定作用。阻尼注入控制器在新能源电站中的工作原理主要依靠其对新能源电站的有效控制，使同步发电机的电磁功率得到调整，进而使新能源电站集群会机组间阻尼增大，达到对振荡频率的抑制效果。

二、阻尼注入控制器设计在新能源电站中的控制策略

（一）阻尼注入控制器的设计思路

新能源电站中同步发电机电磁功率的计算需要电网等效电抗、功角、电网电压以及该同步发电机的内电势四项数据，如果要在保证电网结构不发生改变的情况下对同步发电机电磁功率进行调整，可以从调整电网电压、功角、同步发电机内电势着手。其中功角调整需在电力系统负荷总量不变的情况下，使系统中其他机组输出功率适当增加，进而使该机组的电磁功率降低；在同步发电机内电势调整中，要对励磁系统进行调整，使其内电势发生变化并增加阻尼，进而使电力系统的振荡频率得到改善。因此，在阻尼注入控制器的设计中，可以先对新能源电站电网频率进行检测，通过对新能源电站断口电压或输出有功功率的调整，使同步发电机的电磁功率在其影响下发生变化，使同步发电机的阻尼增强，对电力系统振荡进行抑制[1]。

在新能源电站阻尼注入控制器的设计中，可以从新能源电站有功功率和电压补偿两个角度着手，在基于有功功率的阻尼注入控制中，要结合电力系统振动频率的正负半波振动的状态，对同步发电机有功功率进行调整，使其转速发生变化，对新能源电站出力进行控制，但由于新能源电站在实际运行过程中通常采用最大功率跟踪控制，在同步发电机有功功率的调整中只能使其输出的有功功率降低，对其，这种控制思路在设计和应用中具有一定的限制性，只适用于半波注入式控制，只能借助储能或预留功率备用的增加，实现全波阻尼注入控制。

在基于电压补偿的阻尼注入控制中，也要以新能源电站电力系统频率振荡和波动的状态作为依据，确定同步发电机转速应该增大或降低，进而对新能源电站节点电压进行有效调整，达到控制效果。由于新能源电站的电压可以在一定范围内进行调节，因此，这种控制设计思路可以对新能源电站实现全波注入式控制。

（二）阻尼注入控制器的设计结构

基于上述新能源电站阻尼注入控制器的设计思路，可以在其结构中设置控制增益、隔直滤波环节、相位补偿环节三个结构。在其使用过程中，可以先利用测频装置对新能源电站电网频率进行采集，经过阻尼注入控制器，获得新能源电站有功电压或功率的指令，进而对其进行调整，达到理想的控制效果。阻尼控制器的数学表达式如下所示。

）m

其中，K是阻尼控制增益；sT/（1+sT）是高通滤波器环节，可以对直流分量进行隔离，（1+sT1）m/（1+sT2）m是相位补偿环节，新能源电机阻尼注入控制器参数的确定主要与这三个环节的参数存在直接联系。

由于阻尼控制增益参数会对新能源电机阻尼注入控制器设计的阻尼效果强度造成直接影响，因此，在选取其增益参数的过程汇总，要对补偿控制无功或有功容量的约束和阻尼控制引入模式的自身稳定特性进行综合考虑。在部分有储能配置的新能源发电站中，受储能容量的限制，补偿控制叠加的上调功率不能超过其该容量，在进行无功补偿时也要对新能源电机机端电压的波动范围进行控制。在阻尼控制引入模式中可以借助电力系统稳定器实现增益设计考虑，且这种选择增益参数的方式在实际应用中。可以对新能源电机多个同步发电机间耦合现象直接忽略，只需对单机接入无穷大系统不同短路比下阻尼控制回路稳定边界对应的增益上限进行充分考虑即可，并预留一定的增益控制，使阻尼控制增益参数有更准确的范围。

新能源电机阻尼注入控制器中高通滤波器的设置，主要起到隔离直流环节的作用，且在阻尼注入控制器的运行过程中，该部件只对补偿控制的动态过程中起到隔离作用，因此，在高通滤波器的设计和选择中，要保证超低频频段信号和直流有充足的衰减空间，使其对新能源电机振荡频段信号尽量不产生任何影响，对滤波时间常数进行科学合理的选择，尽量选用滤波时间常数更小的高通滤波器

相位补偿环节在新能源电机阻尼注入控制器中的设置，主要可以对电力系统振荡频率处整个阻尼控制环节的相移进行调整，保证阻尼注入控制器在运行过程中尽量对整个新能源电机电力系统发挥正向的阻尼作用。在该环节的运行过程中，设计人员可以结合补偿角度的实际需求，对相位补偿部件的运行状态进行调整，当其补偿角度需求较小时，可以适当选择较低的运行档位；向其补偿角度需求较大时，可以适当提高其运行档位[2]。

三、新能源电机中参数对阻尼注入控制器的作用效果

为了保证阻尼注入控制器在新能源电机中达到理想的应用效果，在设计结束后，设计人员还要结合电力系统稳定器在阻尼注入控制器中的应用，分析新能源电力系统稳定器阻尼注入控制作用中参数对其运行效果的影响，设计人员要对增益系数变化过程中，电力系统振荡频率的变化特征。通过有功阻尼注入控制增益的改变，可以获得不同增益下系统阻尼转矩系数曲线。对这些曲线进行观察可以发现，在有功阻尼注入控制增益的增加期间，阻尼转矩系数曲线也随之上移，进而使阻尼得到强化。在电压补偿阻尼注入控制增益的运行期间，系统阻尼转矩系数曲线也会随着阻尼控制增益的增加，逐渐向上移动，增强系统阻尼。此外，电力距离也会对新能源电机阻尼注入控制器的应用效果影响，在系统振捣频率处，有功阻尼补偿注入会随着新能源电机电气距离的增加，使其阻尼注入补偿的效果得到不断增强，但电压补偿效果会随着电气距离的延长逐渐降低。

结论：综上所述，随着新能源的开发和社会对电力需求的提升，为了保证新能源电机的运行效果，为社会各界提供持续稳定的电力供应，并保证新能源电机运行的安全性，要加大阻尼注入控制器的研究力度，通过对其进行合理设计，充分发挥新能源电机建设和应用价值，强化其应用效果，扩大其应用范围。

参考文献：

[1]熊鸿韬,汪宗恒,尚磊等.一种用于电力系统低频振荡抑制的新能源电站阻尼注入控制器设计及特性分析[J].电网技术,2022,46(07):2690-2700.

[2]高贺,杨朋威,石海鹏等.一起光伏电站电压振荡事故分析和解决措施[J].东北电力技术,2021,42(02):39-43.