一种电压源型风电机组振荡抑制及参数优化方法与流程

本发明涉及风电机组参数优化领域，尤其涉及一种电压源型风电机组振荡抑制及参数优化方法。

背景技术：

1、为实现现代能源的节能减排，以风电、光伏为代表的新能源发电地位逐步从辅助电源转变为主力电源。随着电力电子装置的大量并网、同步机占比逐渐减少，系统内部有功功率与频率、无功功率与电压逐渐呈现解耦状态，新型电力系统对外表现出弱频率支撑、弱电压支撑特性。

2、为了加强风力发电系统与大电网频率、电压耦合关系，采用传统矢量控制模式的电流源型风电机组新增功率控制支路以调整电网频率、电压变化时机组的有功、无功指令，加强与电力系统的耦合关系。附加控制支路的增加虽然不会引入新的振荡模态，但会削弱原振荡模态下的阻尼，增加系统在弱电网工况下的振荡风险；同时，弱点网条件下频率和电压的检测延时和检测准确性降低也会降低系统稳定性。

3、电压源型控制策略虽然在次/超同步频段和中/高频段有更好的阻尼特性，并在一定程度上解决了电流源型风电机组对弱网的不适应性，但由于双馈风电机组发电机和齿轮箱刚性连接，且变流器在电网发生频率、电压扰动时，不完全“听从”风电机组主控下发的功率指令，容易导致发电机电磁转矩和轴系输入的机械转矩不匹配，从而造成低频功率振荡。另一方面，电压源型风电机组控制策略模拟同步机运行且对系统进行频率支撑时，由于没有设置相应的调频死区，导致系统频率在工频附近波动时容易机组出力也频繁波动，引发功率振荡。

4、例如，一种在中国专利文献中公开的“一种辩诉风电机组频率控制器参数的优化方法及装置”，包括控制策略与电力系统之间的适配性较低、增益裕度调节参数优化程度不足等问题。

技术实现思路

1、为了实现对电压源型风电机组系统在额定频率下工作的稳定性，增加风电机组主控与电压源控制策略之间的适配性以及通过相位调节传递函数对风电机组的增益裕度进行参数优化，提供一种电压源型风电机组振荡抑制及参数优化方法。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种电压源型风电机组振荡抑制及参数优化方法，具体包括以下步骤：

4、步骤s1：采用滞回方式进行调频死区的选择，获取调频死区函数，基于调频死区函数对电压源型风电机组的电网频率参数进行振荡抑制调节，得到振荡抑制调节结果；

5、步骤s2：在电压源型风电机组的无功-电压环中增加附加控制支路，基于附加控制支路对电压源型风电机组的并网参数进行参数优化调节，得到参数优化调节结果；

6、步骤s3：基于振荡抑制调节结果及参数优化调节结果对目标电器进行调节控制。

7、通过频率滞回死区，消除因电网频率在工作频率附近波动时导致的机组出力波动，同时引入等值电角度偏差作为附加阻尼控制，增加系统阻尼，提高暂态控制的稳定性。

8、作为优选，所述步骤s1包括以下步骤：

9、步骤s1-1：设置th1和th2两个不同调频死区，根据电压原型风电机组接入的大电网情况进行选择；

10、步骤s1-2：根据接入点电网的短路比，当接入点短路比越低，选取高频率死区来避免机组频繁动作；

11、步骤s1-3：当机组可用有用功率小于预设阈值时，选取目标频率死区，基于目标频率死区确定调频死区函数。

12、对于原控制策略来说，只要电网频率与额定频率产生偏差，电压源型风电机组就会调节自身功率来响应频率变化，当系统频率在额定频率附近波动时会导致电压源型风电机组出力频繁波动，引起系统功率振荡，不利于系统稳定运行，因此增加调频死区，减小机组出力波动。

13、作为优选，所述调频死区函数如下所示：

14、

15、其中，dz为调频死区，具体表达式如下所示：

16、

17、其中，th1和th2为根据电网实际情况设置的两个不同调频死区，且th1>th2。

18、th1和th2需要根据电压源型风电机组接入的大电网情况进行选择，需要综合考虑接入点短路比、机组可用有功功率；当接入点短路比越低时，表示区域电网越弱，系统频率更容易出现偏差，此时可适当选取更大的频率死区来避免机组频繁动作；当机组可用有功功率较低时，机组对系统的频率支撑能力较弱，此时可选取较大的频率死区来避免机组出力波动。

19、作为优选，所述步骤s2包括以下步骤：

20、步骤s2-1：在电压源型风电机组的无功-电压环中增加附加控制支路；

21、步骤s2-2：利用固有振荡模式搜索方法，分别提取9个工况的固有振荡模式；

22、步骤s2-3：采用权重法对相频特性进行优化，得到目标函数；

23、步骤s2-4：对目标函数中的增益裕度进行约束，使得增益裕度增大，且增益裕度越大越好。

24、引入机械角度偏差作为附加阻尼控制器输入，并采用高通滤波函数用以滤除传动链特征频率，增加机组主控与电压源控制策略之间的适配性，同时采用相位调节传递函数，提高电压源控制策略与电力系统之间的适配性。

25、作为优选，所述步骤s2-1传递附加控制支路计算式如下所示；

26、

27、其中，δes为补偿电压，上标t和t-1分别为当前计算周期内和上一计算周期内的相关电气量，g1(s)为高通滤波传递函数，g2(s)为相位调节传递函数；

28、所述高通滤波传递函数g1(s)表达式如下所示：

29、

30、其中，t为高通滤波时间常数；

31、为滤除传动链特征频率，选取交接频率为5π，此时的t为0.064s；

32、所述相位调节传递函数g2(s)表达式如下所示：

33、

34、其中，t1和t2为相位调节函数时间常数。

35、作为优选，所述步骤s2-2中根据每个工况在电网出现的概率得到归一化固有振荡频率，具体可以表达式如下所示：

36、

37、其中，下标i为第i个固有振荡模式，下标j为第j个工况，f为固有振荡模式的震荡频率，w为权重系数，九个工况下的权重系数相加为1，即

38、作为优选，所述步骤s2-3所述的权重法目标函数如下所示：

39、

40、其中，ki为频率i的固有振荡模式的权重系数，n为2.5hz内固有振荡模式的个数，φ0(fi)为电压源型机组在归一化后的固有振荡频率fi处的无补偿相位，+arctan(2πfit1)和－arctan(2πfit2)为相位调节传递函数的补偿角度。

41、作为优选，所述步骤s2-4中的增益裕度为电网幅频特性的倒数，具体表达式如下所示：

42、

43、其中，ki的取值与式(7)中保持一致，l0为电压源型机组在不同工况和不同固有振荡频率下的幅频特性，20lg[1+(2πfijt1)]1/2和20lg[1+(2πfijt2)]1/2为相位调节传递函数的幅频特性。

44、综合考虑实际接入电网情况和风电机组运行风况下的不同固有振荡频率，同时以相频特性和增益裕度作为优化约束条件，对相位调节传递函数进行参数优化。

45、因此，本发明的有益效果如下所示：

46、增加电压源型风电机组控制策略中的调频死区函数，以避免系统频率在额定频率附近波动时造成的机组出力频繁波动、功率振荡，同时考虑到实际工程应用，可根据接入点短路比和机组运行情况选取不同的频率死区；

47、引入机械角度偏差作为附加阻尼控制器输入，并采用高通滤波函数用以滤除传动链特征频率，增加机组主控与电压源控制策略之间的适配性，同时采用相位调节传递函数，提高电压源控制策略与电力系统之间的适配性；

48、综合考虑实际接入电网情况和风电机组运行风况下的不同固有振荡频率，同时以相频特性和增益裕度作为优化约束条件，对相位调节传递函数进行参数优化。