一种宽频振荡抑制方法、装置、设备以及存储介质与流程

本发明涉及电力电网，尤其涉及一种宽频振荡抑制方法、装置、设备以及存储介质。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的不断推进，以风电为代表的新能源机组大规模并网。由于远距离大容量输电，电网往往呈弱电网特性，弱电网送出系统的等值电抗较大，导致网侧换流器与弱电网交互引发系统的失稳问题。因为风电并网系统中电气系统与控制系统交互情况复杂，各控制环节会引起系统的振荡，从而导致电力系统出现宽频带振荡事故，降低电能质量，破坏电力设备的安全，影响电网的稳定运行。

技术实现思路

1、本发明提供了一种宽频振荡抑制方法、装置、设备以及存储介质，以解决现有新能源机组并入电网时，电力系统会出现宽频带振荡，从而降低电能质量，破坏电力设备的安全，影响电网稳定运行的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种宽频振荡抑制方法，包括：

3、根据新能源机组并入电网的控制结构，构建对应的网侧换流器控制模型；其中，所述控制结构包括：直流电容、直流电压控制外环、电流内环、锁相环、滤波电路以及弱交流系统电路；

4、将所述网侧换流器控制模型进行线性化，生成一小信号状态空间模型；

5、将所述小信号状态空间模型转化为对应的传递函数模型，继而根据所述传递函数模型分析得到引起电网宽频振荡的主导控制结构；其中，所述主导控制结构为电流内环；

6、构建所述电流内环对应的mpc优化控制方程，根据所述mpc优化控制方程，以电流内环的实际电流值和参考电流值之间的差值最小为目标，构建一目标函数；

7、对所述目标函数进行求解，并根据求解结果得到对应的网侧换流器开关控制方案。

8、作为优选方案，所述网侧换流器控制模型，包括：

9、直流电容环节动态方程：

10、

11、网侧交流线路电压方程：

12、

13、网侧换流器电压控制方程：

14、

15、锁相环控制方程：

16、

17、其中，cdc为网侧换流器的直流电容值，udc为网侧换流器的直流电容电压，ps为网侧换流器的机侧传输功率，pg为网侧换流器的输出功率，igd和igq分别为网侧换流器输出电流的d轴分量和q轴分量，ugtd和ugtq分别为网侧换流器输出电压的d轴分量和q轴分量，x1、x2和x3为引入的中间变量，分别为网侧d轴直流电压外环积分环节的输出、网侧d轴电流内环积分环节输出，以及网侧q轴电流内环积分环节的输出，和分别为各变量对时间的导数，lg和rg分别为网侧滤波电阻和电感，wg为同步角频率，为直流电压参考值，igdref和igqref分别为d轴电流内环参考值和q轴电流内环参考值，ugtdref和ugqref分别为网侧换流器出口d轴电压参考值和q轴电压参考值，kpdc和kidc为网侧电压外环pi控制参数，kpi和kii为网侧电流内环pi控制参数，xpll为锁相环积分环节的输出，kppll和kipll为锁相环的pi控制参数，ugd和ugq分别为并网点电压d轴分量和q轴分量，θpll为锁相环的锁相角，和分别为锁相环积分环节的输出量对时间的导数，以及锁相环输出的锁相角对时间的导数。

18、作为优选方案，所述小信号状态空间模型，包括：

19、

20、其中，δx为状态变量，δx对应的输入变量为δu，δx＝[δx1，δx2，δx3，δudc，δigd，δigq，δxpll，δθpll]，δ表示各变量的小信号量，为δx对时间的导数，a为状态矩阵；

21、其中，状态矩阵a为：

22、

23、作为优选方案，所述传递函数模型，包括：

24、δy＝y(s)δu

25、其中，δy为输出变量，δu为输入变量，y(s)为系统传递函数，y(s)＝(si-a)-1，i为一8阶单位矩阵。

26、作为优选方案，所述根据所述传递函数模型分析得到引起电网宽频振荡的主导控制结构，包括：

27、根据所述系统传递函数，分析得到系统的频域特性；

28、获取所述系统传递函数的波特图，根据系统的频域特性以及所述波特图得到各控制结构对系统幅频特性的影响程度，继而根据各控制结构对系统幅频特性的影响程度，得到电网宽频振荡的主导控制结构。

29、作为优选方案，所述构建所述电流内环对应的mpc优化控制方程，包括：

30、构建网侧电流环状态方程；

31、将电流量作为方程的输出量，对所述网侧电流环状态方程进行变换，变换得到网侧电流环变换方程；

32、对所述网侧电流环变换方程中下一时刻的电流进行离散化，得到网侧电流环离散化方程；

33、根据系统的计算延时，构建所述计算延时对应的补偿电流方程；

34、根据所述网侧电流环离散化方程以及所述补偿电流方程，构建所述主导控制结构对应的mpc优化控制方程；

35、其中，所述网侧电流环状态方程为：

36、

37、所述网侧电流环变换方程为：

38、

39、所述网侧电流环离散化方程为：

40、

41、所述补偿电流方程为：

42、

43、所述mpc优化控制方程为：

44、

45、其中，t为系统的一个控制周期。

46、作为优选方案，所述根据所述mpc优化控制方程，以电流内环的实际电流值和参考电流值之间的差值最小为目标，构建一目标函数，包括：

47、根据所述mpc优化控制方程，以电流内环的实际电流值和参考电流值之间的差值最小为目标，构建电流内环的目标函数；

48、根据直流电压环的实际电压值和参考电压值，对电流内环的目标函数进行优化，构建系统目标函数；

49、其中，所述电流内环的目标函数为：

50、f＝|igdref-igd|+|igq|

51、所述系统目标函数为：

52、g＝λ(|igdref-igd|+|igq|)+μ|udcref-udc|

53、其中，λ为电流内环的实际电流值和参考电流值之间的差值的权重系数，μ为直流电压环的实际电压值和参考电压值之间的差值的权重系数，且λ+μ＝1。

54、在上述实施例的基础上，本发明另一实施例提供了一种宽频振荡抑制装置，包括：网侧换流器控制模型构建模块、小信号状态空间模型构建模块、主导控制结构分析模块、开关控制目标函数构建模块以及开关控制方案求解模块；

55、所述网侧换流器控制模型构建模块，用于根据新能源机组并入电网的控制结构，构建对应的网侧换流器控制模型；其中，所述控制结构包括：直流电容、直流电压控制外环、电流内环、锁相环、滤波电路以及弱交流系统电路；

56、所述小信号状态空间模型构建模块，用于将所述网侧换流器控制模型进行线性化，生成一小信号状态空间模型；

57、所述主导控制结构分析模块，用于将所述小信号状态空间模型转化为对应的传递函数模型，继而根据所述传递函数模型分析得到引起电网宽频振荡的主导控制结构；其中，所述主导控制结构为电流内环；

58、所述目标函数构建模块，用于构建所述电流内环对应的mpc优化控制方程，根据所述mpc优化控制方程，以电流内环的实际电流值和参考电流值之间的差值最小为目标，构建一目标函数；

59、所述目标函数求解模块，用于对所述目标函数进行求解，并根据求解结果得到对应的网侧换流器开关控制方案。

60、在上述实施例的基础上，本发明又一实施例提供了一种电子设备，所述设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的宽频振荡抑制方法。

61、在上述实施例的基础上，本发明又一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的宽频振荡抑制方法。

62、相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

63、在本发明中，根据新能源机组并入电网的控制结构，构建对应的网侧换流器控制模型；将所述网侧换流器控制模型进行线性化，生成一小信号状态空间模型；将所述小信号状态空间模型转化为对应的传递函数模型，继而根据所述传递函数模型分析得到引起电网宽频振荡的主导控制结构；其中，所述主导控制结构为电流内环；构建所述电流内环对应的mpc优化控制方程，根据所述mpc优化控制方程，以电流内环的实际电流值和参考电流值之间的差值最小为目标，构建一目标函数；对所述目标函数进行求解，并根据求解结果得到对应的网侧换流器开关控制方案。

64、通过本发明，可以找出引起电网宽频振荡的主导控制结构，即电流内环，然后针对电流内环主导的振荡失稳，以模型预测控制(mpc)代替传统的pi控制器，构建电流内环对应的mpc优化控制方案。然后根据所述mpc优化控制方程，以电流内环电流差值最小为目标，构建一目标函数，通过对所述目标函数进行求解，即可得到有效抑制宽频振荡的控制方案。本发明通过对风电并网宽频振荡问题进行分析，设计mpc优化控制方案，最终找到有效抑制宽频振荡的控制方案，可以保障电网稳定运行，提高线路输送能力。