一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法

本发明属于电力系统稳定性分析，更具体地，涉及一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法。

背景技术：

1、大力发展以风电为代表的新能源是我国推动清洁能源转型的重大需求。风电并网是实现其经济高效大规模消纳的主要手段。风电通过电力电子设备并网，具有惯性小、抗扰性弱、多时间尺度动态响应等特性，风电并网系统有可能会出现由电力电子设备主导的暂态功角稳定问题。

2、跟网型风场与构网型风场并联是未来电力系统需要面对的典型场景。跟网型风场本质是电流源型控制，能够直接基于修改电流参考值实现故障电流限制。但构网型风场的过流能力要比跟网型差很多，为了避免变流器的物理损害，电流限制是构网型变流器的另一个重要问题。同时，电流限制也会对构网型风场的暂态功角稳定产生影响，需要综合考虑。其次，并网标准对风机输出无功电流具有要求，尤其是在严重故障情况下，既要考虑电流不超限同时又要考虑无功电流支撑，较难实现。此外，跟网型风场与构网型风场并联引起了相互交互影响，对控制参数可行域的分析与整定带来了挑战。

3、现有构网型风场的控制研究仅关注暂态功角问题，少量研究兼顾电流限制，但未考虑并网标准对无功电流的要求。其次，现有研究的控制参数整定多根据小干扰稳定性确定，并未涉及暂态稳定性，这源于大信号模型复杂且缺乏参数可行域分析方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法，其目的在于，在不同工况和不同程度的故障电压跌落情况下，通过设计自适应调节环节保持反馈控制参数始终在可行参数域内，从而同时实现暂态功角稳定、电流限制、并网标准三个控制目标，由此解决现有构网型风场控制方法的稳定性差的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法，包括：

3、s1：当监测到电压跌落超过阈值时开始响应；

4、s2：将监测到的电压跌落对应的状态信息输入至自适应调节控制模块，所述电压跌落对应的状态信息包括有功功率、无功功率、电压、电流；

5、s3：利用所述自适应调节控制模块通过比例控制输出无功反馈环参数k2，并根据离线拟合的参数函数曲线计算有功反馈环参数k1；

6、s4：将所述有功反馈环参数k1和所述无功反馈环参数k2输入双环反馈控制模块，进而对所述构网型风场的电压及功率的输出进行控制；

7、其中，控制目标同时满足暂态功角稳定、电流限制以及并网标准的无功电。

8、在其中一个实施例中，所述s3中：

9、所述自适应调节控制模块为所述双环反馈控制的附加控制，在不同的电压跌落程度下，自适应的调节双环反馈控制中的两个反馈参数k1和k2之间的关系为参数函数曲线f，k1＝f(k2)。

10、在其中一个实施例中，所述参数函数曲线为不同电压跌落下同时满足暂态功角稳定、电流限制及并网标准的无功电流三个控制目标的可行参数域的拟合曲线。

11、在其中一个实施例中，k2经函数f(k2)计算后输出k1：式中，a、b、c均为所述拟合曲线的参数。

12、在其中一个实施例中，所述可行参数域通过遍历不同反馈参数组合并代入系统的微分方程中，求解系统的稳定性与电流限制状态获得；其中，系统模型的非线性微分方程为：

13、

14、j为虚拟惯量常数，d代表阻尼系数，δ为功角，p0为构网型风场输出有功功率的参考值，pe为构网型风场输出有功功率，un为额定电压，k1为有功环反馈控制的反馈系数，e为构网型风场结构的机端电压，α为阻抗化简系数，ug为电网电压，θvsg为相角，k2为无功环反馈控制的反馈系数，β为阻抗化简系数，e(θvsg,k2)为机端电压e与θvsg、k2的函数关系。

15、在其中一个实施例中，所述s4中的：

16、所述双环反馈控制模块为虚拟同步控制的附加控制，包含有功环反馈和无功环反馈；在故障发生后在无功环中追踪无功电流幅值的变化然后反馈调节无功功率的参考值；在有功环中追踪机端电压的跌落程度然后反馈调节有功功率的参考值，通过双环反馈控制共同实现暂态功角和输出电流的控制。

17、按照本发明的另一方面，提供了一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制装置，包括：

18、监测模块，用于当监测到电压跌落超过阈值时开始响应；

19、输入模块，用于将监测到的电压跌落对应的状态信息输入至自适应调节控制模块，所述电压跌落对应的状态信息包括有功功率、无功功率、电压、电流；

20、计算模块，用于利用所述自适应调节控制模块通过比例控制输出无功反馈环参数k2，并根据离线拟合的参数函数曲线计算有功反馈环参数k1；

21、控制模块，用于将所述有功反馈环参数k1和所述无功反馈环参数k2输入双环反馈控制模块，进而对所述构网型风场的电压及功率的输出进行控制；

22、其中，控制目标同时满足暂态功角稳定、电流限制以及并网标准的无功电流。

23、按照本发明的另一方面，提供了一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

24、按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

25、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

26、(1)本发明提供一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法，可在不同故障程度下，通过自适应调节得出合理的反馈系数，同时实现构网型风场的暂态功角稳定、电流限制和并网标准对无功电流的要求这三个控制目标，改善了构网型风场的暂态性能，维护了系统稳定运行。此外，构网型控制策略不需要故障发生位置、故障类型等信息，所采集信息仅为风电场并网点的电压、电流，适用于没有安装行波检测装置、发生通讯失败等情况，具有更好的通用性。

27、(2)本方案通过遍历可行参数域组合，分析了不同故障深度下构网型风场双环反馈参数能够保持控制目标的可行范围变化趋势，形成了可行参数域曲线拟合，对不同电压跌落程度的参数的整定与调节提供了基础和指导意义。

28、(3)本方案简化了系统的大信号数学模型，采用双环反馈控制调节，使构网型风场在系统故障发生电压跌落时能够同时兼顾暂态功角稳定、电流限制和并网标准对输出无功电流的要求，提升了系统的暂态性能。

技术特征：

1.一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法，其特征在于，所述s3中：

3.如权利要求2所述的构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法，其特征在于，所述参数函数曲线为不同电压跌落下同时满足暂态功角稳定、电流限制及并网标准的无功电流三个控制目标的可行参数域的拟合曲线。

4.如权利要求3所述的构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法，其特征在于，k2经函数f(k2)计算后输出k1：式中，a、b、c均为所述拟合曲线的参数。

5.如权利要求3所述的构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法，其特征在于，所述可行参数域通过遍历不同反馈参数组合并代入系统的微分方程中，求解系统的稳定性与电流限制状态获得；其中，系统模型的非线性微分方程为：

6.如权利要求1-5任一项所述的构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法，其特征在于，所述s4中的：

7.一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制装置，其特征在于，包括：

8.一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种构网型风场暂态功角与无功输出自适应控制方法，属于电力系统稳定性分析技术领域，包括：将监测到的电压跌落对应的状态信息输入至自适应调节控制模块，电压跌落对应的状态信息包括有功功率、无功功率、电压、电流；利用自适应调节控制模块通过比例控制输出无功反馈环参数k<subgt;2</subgt;，并根据离线拟合的参数函数曲线计算有功反馈环参数k<subgt;1</subgt;；将k<subgt;1</subgt;和数k<subgt;2</subgt;输入双环反馈控制模块，进而对构网型风场的电压及功率的输出进行控制；本申请在不同故障程度下，通过自适应调节得出合理的反馈系数，同时实现构网型风场的暂态功角稳定、电流限制和并网标准对无功电流的要求这三个控制目标，改善了构网型风场的暂态性能，维护了系统稳定运行。

技术研发人员：姚伟,宗启航,周泓宇,艾小猛,陈霞,文劲宇
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15