一种大型光伏电站抑制电力系统低频振荡控制器设计方法

一种大型光伏电站抑制电力系统低频振荡控制器设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光伏发电领域，具体设及一种大型光伏电站抑制电力系统低频振荡控 制器设计方法。
【背景技术】
[0002] 抑制电力系统低频振荡的措施主要可W分为二次系统对策和一次系统对策。二次 系统的对策主要为装设电力系统稳定器（PowerSystemSt油ilizer，PSS)，是目前抑制低 频振荡最主要的方法；一次系统对策主要包括减少重负荷输电线、缩短送受端的电气距离、 采用高压直流输电化i曲VoltageDirect化rrent，HVDC)W及在输电线上装设柔性交流 输电系统（FlexibleACTransmissionSystem,FACT巧。考虑到光伏发电系统与FACTS同 样基于电力电子变换器，在拓扑结构和控制结构上具有相似性，因此光伏发电在功能上也 具备抑制低频振荡的潜力。
[0003]目前利用光伏电站抑制电力系统低频振荡的控制方法是采集同步发电机功角、输 电线路有功功率等信号，通过反馈控制光伏电站输出的有功和无功功率，达到抑制振荡的 目的。对于光伏阻巧低频振荡的结果分析大部分是在完成控制器设计后进行的，如果最终 控制效果不佳，就无法解释是由于控制器设计不合理还是因为系统本身就是难W控制的。

【发明内容】

[0004] 鉴于此，本发明的目的是提供一种大型光伏电站抑制电力系统低频振荡控制器设 计方法。
[0005] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的，一种大型光伏电站抑制电力系统低频 振荡控制器设计方法，一种大型光伏电站抑制电力系统低频振荡控制器设计方法，具体包 括W下步骤：
[0006]S1.W光伏电站输出有功功率P和无功功率Q为输入向量化曲T，同步发电机功角 5和光伏并网点电压Um为输出向量（S，Um)T，建立系统的MIM0小信号模型，得到系统函数 矩阵Gk);
[0007]S2.计算G(s)的相对增益阵列RGA;
[000引 S3.计算RGA数，确定配对方式；
[0009]S4.计算系统函数的条件数，条件数定义为最大奇异值巧G)与最小奇异值互佑） 之比巧G.)/刮G):为保证系统非病态，丫似< 10;根据条件数的频率响应确定分 散控制时的带宽。
[0010]S5.根据步骤S4中确定的带宽设计控制器。
[0011]选优的，在步骤S1中对化曲哺（S，Um)喘行尺度变换，则 其中Spy表示光伏电站额定容量；AP表示有功功率
? 的变化量；AQ表示无功功率的变化量；A5表示同步发电机功角的变化量；AUm表示光伏 并网点电压的变化量；A5m。,表示同步发电机功角的最大变化量；AUmm"表示光伏并网点 电压的最大变化量。
[0012] 选优的，所述系统函数


其中E'。为q轴的暂态电动势，5为发电机转子的功角，Um为光伏电站 > 并网点电压，0为光伏并网点电压Um与发电机暂态电动势E'。之间的相位差，U,为大电网 电压，为发电机并网点到光伏并网点之间的线路电抗，X2为光伏并网点到大电网之间的 线路电抗，P和Q分别为光伏电站输出的有功和无功功率，下标"0"特指稳态工作点下的值， Tj为发电机的惯性时间常数，D为阻巧系数。
[0014] 选优的，在步骤S3中，计算对角配对的RGA数
巧非对角配对的 RGAI
选小者对应的配对方式为最优。
[0015] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
[0016] 现有技术只能单独W抑制低频振荡或者维持并网点电压稳定进行分析进而设计 控制器，没有综合考虑功角和电压控制之间的禪合。本发明通过多变量反馈控制，在设计控 制器时同时考虑了功角和电压因素，确保了功角和电压振荡能同时得到抑制。
【附图说明】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中：
[0018]图1为并网光伏发电系统小信号模型结构图；
[0019] 图2为输出向量平面图为；
[0020] 图3为对角配对的RGA频率响应；
[0021] 图4为非对角配对的RGA频率响应；
[002引图5为条件数丫似的频率响应；
[0023] 图6为无阻巧和有阻巧控制时的功角振荡对比；
[0024] 图7为无阻巧和有阻巧控制时的电压振荡对比；
[00巧]图8为本明所述方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]W下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0027] 如图8所示，一种大型光伏电站抑制电力系统低频振荡控制器设计方法，具体包 括W下步骤：
[002引 S1.W光伏电站输出有功功率P和无功功率Q为输入向量化曲T，同步发电机功 角和光伏并网点电压Um为输出向量（S，Um)T，建立系统的MIM0小信号模型，得到系统函数 矩阵G(s)，即
[0029]
[0030] 所述系统函数通过W下方法获得：
[0031] 考虑电机功角方程，电磁功率P。为
[00础
（AI，
[003引将式（A1)线性化
[0037] 0。和Um。中的下标"0"特指稳态工作点下的值，下面设及到的写法也统一采用该 种表示方式。
[0038] 若不考虑原动机机械功率波动，即A Pm= 0,则发电机经典二阶模型线性化后可写 为如下形式
[0039] 了卢2 A 5 +Ds A 5 + A Pe= 0 (A4)
[0040] 上式中T,为发电机的惯性时间常数，D为阻巧系数，其中T,是有名值，D和AP。为 标么值。
[0041] 设光伏电站输出的有功和无功功率分别为P和Q，根据并网点的有功功率平衡关 系得到
[0045]联立（A2)和（A6)，可得
[0059] 将式（A7)代入（A12)，可得：
[0060]AUm=H1A?+&AQ+&A5 (A14)
[00川其中
[0062]
[0063]联立式（A2)、（A4)、（A7)和（A14)，可得
[0069]将（A16)和（A18)联立写为矩阵形式
[0073] 输入输出变量的尺度变换：目的在于使得输入输出变量的幅值小于1，通常可W 除W预计最大值或者允许的最大变化值。对于AP和AQ，可W将其除W光伏电站额定容量 Sp^即
[0074] AP*= AP/Spv
[0075] AQ*=AQ/Spv
[0076] 对于A5和AUm，若无法确定其最大值，可暂不进行尺度变换。
[0077] 由于光伏电站只能输出有功，而无功可正可负，因此输入向量（Apt，A(T)t的角度 变化