一种基于振荡源定位的超低频频率振荡抑制方法

本发明涉及电力系统稳定与控制，具体涉及一种基于振荡源定位的超低频频率振荡抑制方法。

背景技术：

1、水电直流孤岛或异步联网的含高比例水电的大电网系统存在严重的超低频频率振荡风险，如某地方电网异步联网实验中发生了持续半小时的振荡周期约为20s的超低频频率振荡，超低频频率振荡与传统低频振荡不同，主要是机械功率振荡。现有抑制超低频振荡措施多数从水电机组出发，如调整水电机组调速器参数，利用深度学习或粒子群算法优化调速参数，实现阻尼增加。但该方法降低了水电机组的一次调频性能，使得大扰动下系统频率越限问题的发生率提高。

2、风电的大规模并网过程中，风机出力的随机性波动性进一步恶化电网的频率稳定问题，风电惯量与传统同步机惯量差异导致电网的惯量进一步降低，增加了超低频振荡风险。储能接入可解决风机出力的不稳定问题，风储系统具有快速的动态调节能力，增加合理的风储侧附加阻尼控制可实现抑制超低频频率振荡。但现有超低频振荡抑制措施多以频率为参考信号，未结合振荡源信号，使得辅助服务资源的利用率较低。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述技术问题，针对含风储接入的高比例水电系统，本发明旨在提供一种风储系统参与，且结合振荡源定位，用于超低频频率振荡抑制的方法。

2、具体地，本发明提供了一种振荡源定位的超低频频率振荡抑制方法，用于抑制风水储系统的超低频频率振荡。其中，风水储系统包括提供一条母线连接的风电机组、储能和至少两个水电机组。

3、技术方案具体包括如下步骤：

4、步骤s1：对风水储系统的每一个水电机组进行振荡模态分解，分解对应发电机的转速曲线数据或机械功率曲线数据；

5、选取超低频频率振荡模态计算振荡能量，根据振荡能量确定作为振荡源的机组；

6、步骤s2：将振荡源的加速功率作为风水储系统的输出，即第一输出；将风电机组出力和储能出力作为风水储系统的输入；其中，加速功率具体为振荡能量最大的两个振荡源各自的加速功率；

7、辨识得到风水储系统的传递函数矩阵，即第一传递函数矩阵；

8、步骤s3：在风储侧设置附加控制器，并将所述加速功率作为输入；基于混合鲁棒控制理论和第一传递函数矩阵，计算得到附加控制器的传递函数矩阵，即第二传递函数矩阵；

9、根据第二传递函数矩阵计算得到附加控制器的输出，即第二输出；

10、将第二输出分别附加至风电机组定功率侧和储能定功率侧，调节风电机组出力为风电机组附加功率指令值，调节储能出力为储能附加功率指令值，实现超低频频率振荡抑制。

11、优选地，步骤s1具体包括：

12、步骤s11：基于发电机的转速偏差曲线或机械功率曲线建立采样信号y，

13、y＝[x(0),x(1),...x(i),...,x(n-1)]t；

14、式中，i为采样点序号，x(i)为第i个采样点的数据值，n为采样点数量，i＝0,1,...,n-1，t表示转置；

15、步骤s12：根据采样信号y构造增广hankel矩阵；对增广hankel矩阵进行奇异值分解，得到信号子空间；

16、步骤s13：通过最小二乘法寻求信号子空间最优矩阵的k个特征值，生成最优矩阵λ，

17、

18、式中，为最优矩阵第k个特征值的i次方，k＝1,2,...,k；

19、对振荡模态，有

20、

21、c＝[c1 c2 … ck]t＝(λtλ)-1λty；

22、式中，ωk为振荡模态的角频率，ts为采样信号y的周期，σk为振荡模态的指数衰减因子，c为ck集合的转置矩阵，ck为振荡模态信号幅值与相位旋转因子乘积；

23、步骤s14：选取振荡频率小于预设频率的振荡模态，即超低频频率振荡模态，并计算振荡能量，

24、

25、δem(k)＝∫δpmkδωkdt；

26、式中，δpmk为超低频频率振荡模态下的机械功率信号，δωk为超低频频率振荡模态下发电机的转速偏差信号，n为采样点序号，n＝1,2,...,n，δem(k)为超低频频率振荡模态下的振荡能量；

27、若δem(k)＞0，则对应机组为振荡源。

28、优选地，预设频率为0.1赫兹。

29、优选地，步骤s2具体包括：

30、步骤s21：对振荡能量最大的两个振荡源分别施加功率阶跃扰动，进行振荡模态分解；将得到的分解结果进行拉氏变换，并除以功率阶跃扰动的拉氏变换结果，得到对应的传递函数；

31、步骤s22：组合所有的传递函数为第一传递函数矩阵，

32、

33、式中，s为拉普拉斯算子，y1(s)和y2(s)为风水储系统的输出，即两台振荡源的加速功率；u1(s)和u2(s)为风水储系统的输入，即风机附加功率指令值和储能附加功率指令值；gfg(s)为ug(s)至yf(s)的传递函数，f∈[1,2]，g∈[1,2]。

34、优选地，基于最小二乘—旋转不变技术算法分解发电机的转速曲线数据和机械功率曲线数据。

35、优选地，基于最小二乘—旋转不变技术算法辨识得到风水储系统的传递函数矩阵。

36、本发明所提供的技术方案可在保证水电机组的一次调频性能的基础上，选取不同振荡源对应的加速功率作为附加控制的反馈信号，引入风机出力和储能出力作为水电机组的输入，可充分利用超低频振荡的机械功率振荡特征、风机和储能的灵活可调性能优势，在提升辅助服务资源的利用率的基础上提升对超低频振荡的抑制效果。

技术特征：

1.一种基于振荡源定位的超低频频率振荡抑制方法，用于抑制风水储系统的超低频频率振荡，所述风水储系统包括提供一条母线连接的风电机组、储能和至少两个水电机组；

2.如权利要求1所述的一种基于振荡源定位的超低频频率振荡抑制方法，其特征在于，步骤s1具体包括：

3.如权利要求2所述的一种基于振荡源定位的超低频频率振荡抑制方法，其特征在于，所述预设频率为0.1赫兹。

4.如权利要求1所述的一种基于振荡源定位的超低频频率振荡抑制方法，其特征在于，步骤s2具体包括：

5.如权利要求1至4任一所述的一种基于振荡源定位的超低频频率振荡抑制方法，其特征在于，基于最小二乘—旋转不变技术算法分解发电机的转速曲线数据和机械功率曲线数据。

6.如权利要求1至4任一所述的一种基于振荡源定位的超低频频率振荡抑制方法，其特征在于，基于最小二乘—旋转不变技术算法辨识得到风水储系统的传递函数矩阵。

技术总结
本发明提供了一种基于振荡源定位的超低频频率振荡抑制方法，涉及电力系统稳定与控制技术领域。该方法包括对风水储系统中每一个水电机组发电机进行振荡模态分解；计算的振荡能量确定作为振荡源的机组；选取振荡源的加速功率作为风水储系统的输出，并将风储出力作为输入；辨识风水储系统的传递函数矩阵；在风储侧设置附加控制器，并将振荡源的加速功率作为附加控制器的输入，基于风水储系统的传递函数矩阵，计算得到附加控制器的传递函数矩阵；将根据附加控制器的传递函数矩阵计算得到输出附加至风储定功率侧，实现超低频频率振荡抑制。该方法可充分利用风储的灵活可调性能优势，提升辅助服务资源的利用率和对超低频振荡的抑制效果。

技术研发人员：江琴,王永飞,李保宏,刘天琪
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/13