一种风电机组次同步谐振抑制方法及系统与流程

本发明涉及风电技术领域，特别涉及一种风电机组次同步谐振抑制方法及系统。

背景技术：

随着风电大规模远距离集中接入电网，给现有电力传输线路容量来了巨大压力。通过添加串联补偿（以下简称串补）电容装置以增强电力线路传输风能力，同时提高新能源接入后的系统稳定性是目前风电输送广泛采的经济有效手段。然而风电机组经串补线路并网后，风电机组电气设备与含串补电容的电网线路相互用，易引发包含次同步频率的谐振现象，称为同步振荡。

针对风电机组次同步谐振电流抑制措施主要包含两类思路，第一类思路是通过在风电机组并网线路增加柔性交流系统（facts），这种方法需要增设硬件设备，提高风电机组安装建设成本，经济性不高。第二类思路是通过在风电机组的原有控制系统上，通过附加阻尼控制来实现对次同步振荡的抑制，具有更好的经济性与便利性。目前风电机组次同步谐振电流抑制方法主要分为：降低风机电流控制器的带宽频率以削弱次同步控制相互作用（ssci），该思路最简单直观，但是牺牲了电流控制的动态性能；通过增加虚拟阻抗等方法使得风机系统呈现等效正阻尼，该思路可抑制由于感应发电机效应引发的系统振荡，但忽略了风电控制单元与串补线路相互作用，将无法有效抑制ssci现象；基于其他方法设计的阻尼控制器，例如自适应控制、状态空间反馈控制等，缺点是要求控制对象参数精确，控制器结构复杂、阶数过高，鲁棒性较差。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的是要提供一种风电机组次同步谐振抑制方法及系统，以提高风电机组次同步谐振抑制方法的鲁棒性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种风电机组次同步谐振抑制方法，其包括：

建立被控风电系统的被控模型，其中，所述被控风电系统包括被控风电机组及并网串补线路；

获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并根据所述不确定因数生成所述被控风电机组系统的h∞范数约束下的状态空间模型；

根据所述状态空间模型计算权函数，并根据所述权函数建立相应的h∞阻尼器;

采用所述h∞阻尼器对dq轴电流进行滤波以对次同步谐振进行抑制。

所述风电机组次同步谐振抑制方法，其中，所述获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并根据所述不确定因数生成所述被控风电机组系统的h∞范数约束下的状态空间模型具体包括：

获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并计算每个不确定因数的h∞范数；

将每个不确定因数的h∞范数输入所述被控模型以生成所述h∞范数约束的状态空间模型。

所述风电机组次同步谐振抑制方法，其中，所述不确定因数至少包括：线路参数、风机参数以及吹入风速。

所述风电机组次同步谐振抑制方法，其中，所述权函数为：

其中，所述a为的低频增益，m为高频增益，为带宽频率，所述s为拉普拉斯算子。

所述风电机组次同步谐振抑制方法，其中，所述h∞阻尼器的传递函数为所述状态空间模型的输入变量到输出变量的最大增益取得最小值的函数。

一种风电机组次同步谐振抑制系统，其包括：

建立模块，用于建立被控风电系统的被控模型，其中，所述被控风电系统包括被控风电机组及并网串补线路；

生成模块，用于获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并根据所述不确定因数生成所述被控风电机组系统的h∞范数约束下的状态空间模型；

计算模块，用于根据所述状态空间模型计算权函数，并根据所述权函数建立相应的h∞阻尼器;

抑制模块，用于采用所述h∞阻尼器对dq轴电流进行滤波以对次同步谐振进行抑制。

所述风电机组次同步谐振抑制系统，其中，所述生成模块包括：

计算单元，用于获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并计算每个不确定因数的h∞范数；

生成单元，用于将每个不确定因数的h∞范数输入所述被控模型以生成所述h∞范数约束的状态空间模型。

所述风电机组次同步谐振抑制系统，其中，所述不确定因数至少包括：线路参数、风机参数以及吹入风速。

所述风电机组次同步谐振抑制系统，其中，所述权函数为：

其中，所述a为的低频增益，m为高频增益，为带宽频率，所述s为拉普拉斯算子。

所述风电机组次同步谐振抑制系统，其中，所述h∞阻尼器的传递函数为从扰动矩阵到权输出矩阵的最大增益取得最小值的函数。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种应用自启动的控制方法及系统，所述方法包括：建立被控风电系统的被控模型，其中，所述被控风电系统包括被控风电机组及并网串补线路；获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并根据所述不确定因数生成所述被控风电机组系统的h∞范数约束下的状态空间模型；根据所述状态空间模型计算权函数，并根据所述权函数建立相应的h∞阻尼器;采用所述h∞阻尼器对dq轴电流进行滤波以对次同步谐振进行抑制。本发明将所述被控风场的不确定因数添加至被控模型，在根据所述被控模型生成h∞阻尼器，通过所述h∞阻尼器对对dq轴电流进行滤波以对次同步谐振进行抑制，提高了次同步谐振抑制的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明提供的风电机组次同步谐振抑制方法较佳实施的流程图。

图2为本发明较佳实施中双馈式风电系统转子变流器侧增加次同步谐振抑制后的控制框图。

图3为本发明提供h∞阻尼器的设计过程示意图。

图4为本发明较佳实施中h∞阻尼器在双馈式风电系统中应用效果仿真波形图。

图5为本发明提供的一种风电机组次同步谐振抑制系统的结构原理图。

具体实施方式

本发明提供一种风电机组次同步谐振抑制方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。

本发明公开了一种风电机组次同步谐振抑制方法，具体的公开了一种基于h∞鲁棒控制的风电机组次同步谐振电流抑制方法，其设计思想是依托原有机侧变流器控制系统，将其中电流环比例积分控制器替换为h∞次同步振荡阻尼器，分别作用于d轴电流和q轴电流，同时对dq轴电流进行动态调节，增强机组电气阻尼，从而抑制次同步谐振的发生。

具体地为了对本发明做进一步说明，下面结合双馈式风电系统转子变流器为例进行说明。如图1-4所示，本发明提供的风电机组次同步谐振抑制方法其包括两个过程，第一过程为所述h∞次同步振荡阻尼器生成过程，第二过程为采用所述h∞次同步振荡阻尼器对dq轴电流进行动态调节以抑制次同步谐振。

所述h∞次同步振荡阻尼器生成过程具体可以包括：

s100、建立被控风电系统的被控模型，其中，所述被控风电系统包括被控风电机组及并网串补线路；

s200、获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并根据所述不确定因数生成所述被控风电机组系统的h∞范数约束下的状态空间模型；

s300、根据所述状态空间模型计算权函数，并根据所述权函数建立相应的h∞阻尼器。

所述采用所述h∞次同步振荡阻尼器对dq轴电流进行动态调节以抑制次同步谐振包括：

s400、采用所述h∞阻尼器对dq轴电流进行滤波以对次同步谐振谐振进行抑制。

具体的来说，在所述步骤s100中，所述被控风电机组系统的被控模型包含转子电流及串补线路模型，并且其涉及的物理量包括d轴定子电流isd，q轴定子电流isq，d轴转子电流ird，q轴转子电流irq，d轴转子电压urd，q轴转子电压urq，d轴串补电容电压usd，q轴串补电容电压usq。相应的，所述被控模型g(a,b1,b2,c).可以表示为：

（1）

其中，x[isd,isq,ird,irq,usd,usq]为状态变量，y[ird,irq]为输出变量，u[urd,urq]为输入变量，d[usd,usq]为扰动变量，a为状态变量系数矩阵，b1输入变量系数矩阵，b2为扰动变量系数矩阵，c为输出变量系数矩阵。

在本实施例中，可以将所述被控模型g划分为输入状态空间gs(a,b1,c)和扰动状态空间gd(a,b2,c)，并且两个状态空间叠加即为式1。

在所述步骤s200中，所述被控风电机组系统包含的不确定因数可以为线路参数、串补度、风机参数以及吹入风速等。在生成被控风电机组系统的被控模型后，获取被控风电机组系统的不确定因数，并将所述不确定因数输入所述被控模型的表达式,并对代入后的表达式的频域特性进行分析并做所有的频域特性曲线，获取包含所有特性曲线的边界包络线，并将量所述边界线的传递函数作为不确定边界wo。最后被控模型g输出乘以wo得到h∞范数约束下的状态空间模型gp，所述gp可以表示为：gp=（1+woδ）gn；其中，gn是标准模型，δ为不确定因子且满足║δ║∞≤1。所述h∞范数约束下的状态空间模型的输入变量记为yδ，输出变量

uδ，uδ=yδ*δ。

示例性的，所述获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并根据所述不确定因数生成所述被控风电机组系统的h∞范数约束下的状态空间模型具体包括：获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并计算每个不确定因数的h∞范数；将每个不确定因数的h∞范数输入所述被控模型以生成所述h∞范数约束的状态空间模型。

s300、根据所述状态空间模型计算权函数，并根据所述权函数建立相应的h∞阻尼器。

具体地，根据所述权函数可以为一个低通滤波器，所述低通滤波器的传递函数可以为：

其中，所述a为的低频增益，m为高频增益，为带宽频率，所述s为拉普拉斯算子。

所述h∞阻尼器的传递函数为所述状态空间模型的输入变量到输出变量的最大增益取得最小值的函数。也就是说，所述h∞阻尼器的传递函数记为k，其可以通过如下方程计算得到。所述方程的表达式可以表示为：

（2）

其中,w为扰动矩阵为（r，d），z为权输出矩阵，v=r-y=[ird^*-ird,irq^*-irq]为h∞阻尼器的输入量，s=(i+gsk)^-1为系统灵敏度函数。

进一步，对所述式子（2）进行运算得到

（3）

所述h∞阻尼器的传递函数为方程（3）最大增益取得最小值γmin的函数。从而可以将所述式子（3）转化为求解方程（4）

(4).

而对于方程（4）可以采用标准2-riccati方法求解方式（3）得到所述h∞阻尼器的传递函数，从而建立h∞阻尼器以对次同步谐振进行抑制。

本发明还提供了一种风电机组次同步谐振抑制系统，如图4所示，其包括：

建立模块100，用于建立被控风电系统的被控模型，其中，所述被控风电系统包括被控风电机组及并网串补线路；

生成模块200，用于获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并根据所述不确定因数生成所述被控风电机组系统的h∞范数约束下的状态空间模型；

计算模块300，用于根据所述状态空间模型计算权函数，并根据所述权函数建立相应的h∞阻尼器;

抑制模块400，用于采用所述h∞阻尼器对dq轴电流进行滤波以对次同步谐振进行抑制。

所述风电机组次同步谐振抑制系统，其中，所述生成模块包括：

计算单元，用于获取所述被控风电机组系统包含的不确定因数，并计算每个不确定因数的h∞范数；

生成单元，用于将每个不确定因数的h∞范数输入所述被控模型以生成所述h∞范数约束的状态空间模型。

所述风电机组次同步谐振抑制系统，其中，所述不确定因数至少包括：线路参数、风机参数以及吹入风速。

所述风电机组次同步谐振抑制系统，其中，所述权函数为：

其中，所述a为的低频增益，m为高频增益，为带宽频率，所述s为拉普拉斯算子。

所述风电机组次同步谐振抑制系统，其中，所述h∞阻尼器的传递函数为从扰动矩阵到权输出矩阵的最大增益取得最小值的函数。

上述风电机组次同步谐振抑制系统的各个模块在上述方法中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。