[发明专利]双馈风电附加阻尼控制器的“域”设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统稳定与控制领域，特别是涉及一种计及风速不确定性的双馈风电附加阻尼控制器的“域”设计方法。

背景技术

大型集群风电接入是中国电网的发展方向。由于风能具有地域性的特点，我国的风能资源与负荷中心整体又呈逆向分布，风电的大规模、高电压、远距离输送必不可少。串联电容补偿是解决电力远距离送出的经济有效措施之一，也是目前风电并网远距离送出的主要措施。火电经由串联补偿输送容易引发次同步谐振的问题，已经为人们所熟知。最近几年，双馈风电场经由串联补偿输电线路接入电网的次同步谐振问题也开始受到关注。在双馈风电机组的控制器中安装次同步阻尼控制器，引入阻尼控制环节来抑制次同步振荡，作为一种经济有效的方式得到了深入研究。

然而，传统阻尼控制器设计往往采用逐点法分析，即对某个或某几个运行状态分析系统的稳定性，无法获得系统的整体稳定性测度。并且由于风力资源的间歇性与随机性，以及双馈风电机组因变频器所带来的结构特点导致设计的控制器可能存在鲁棒性不足的问题。

“域”的方法是同目前广泛使用的逐点法截然不同的方法学，它可以克服“逐点法”无法对系统运行状态作出整体评判的不足，同时可以提供系统的整体稳定性测度。但传统的小扰动稳定域以虚轴为界，往往用于判别系统的稳定范围，难以应用于阻尼控制器的设计。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的计及风速不确定性的双馈风电附加阻尼控制器的“域”设计方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种计及风速不确定性的双馈风电附加阻尼控制器的“域”设计方法，包括以下步骤：

S1：建立双馈风电外送系统的状态-空间方程；

S2：选取临界阻尼α_cri，以风速构成的“风速稳定域”为目标，利用遗传算法对附加阻尼控制器的各个参数进行优化；

S3：根据步骤S2优化得到的附加阻尼控制器的各个参数，对风电外送系统进行特征值分析，判断所使用的附加阻尼控制器是否能使得“风速稳定域”最大：如果不满足，则返回步骤S2；如果满足，则结束。

进一步，所述步骤S2中，设计附加阻尼控制器所使用的“风速稳定域”以特征根穿越阻尼轴时风速的大小为稳定域边界，来划分风电外送系统安全稳定运行范围，位于所述“风速稳定域”边界内的范围为符合风电外送系统次同步振荡安全标准的风速变化范围；

进一步，所述步骤S2中，优化的过程如下：

将优化问题转换成求取最小值问题，则目标函数J如式(1)所示：

J＝min(V_min-V_max)(1)

式(1)中，V_min、V_max分别为风速构成的“域”的左、右边界，双馈风机DFIG在风速变化情况下的安全运行范围V∈[V_min，V_max]；

约束条件为：

式(2)中，K为附加阻尼控制器的放大倍数，T_i为附加阻尼控制器移向环节的时间常数，需要优化的附加阻尼控制器参数向量p为：

p＝[K T₁₁ T₁₂ T₂₁ T₂₂](3)。

有益效果：本发明公开了一种计及风速不确定性的双馈风电附加阻尼控制器的“域”设计方法，以特征根穿越阻尼轴时风速的大小为“域”边界，划分双馈风电外送系统安全稳定运行范围，位于“域”边界内的范围为符合双馈风电外送系统次同步振荡安全标准的运行范围。为使得双馈风电场在风速变化情况下的安全运行范围最大，本发明直接以“域”为目标，利用遗传算法求取附加阻尼控制器的参数。所得的阻尼控制器可确保风电外送系统在“域”内的次同步振荡特征根能够满足一定的阻尼比要求，具有很强的实用性。此外，这种基于“域”的参数设计方法能够最大限度地保证控制器的鲁棒性，且同样适用于其他附加阻尼控制器的设计，具有良好的应用价值。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的方法流程图；

图2为本发明具体实施方式中测试系统的结构图；

图3为本发明具体实施方式中附加阻尼控制器的结构及安装位置图；

图4为本发明具体实施方式中附加阻尼控制器在不同风速下抑制次同步振荡时域仿真图；