[发明专利]基于蚁群算法的风力发电系统暂态稳定优化控制方法

说明书

基于蚁群算法的风力发电系统暂态稳定优化控制方法，通过蚁群寻优算法对弱电网短路故障期间风机锁相环PLL的PI控制参数进行寻优，优化暂态过程中锁相环PLL带宽，实现全频段阻尼的重新分配。本发明利用蚁群算法对锁相环控制参数进行实时优化，可有效解决暂态过程中风力发电系统发生宽频振荡及失步的问题。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于蚁群算法的风力发电系统暂态稳定优化控制方法。

背景技术

弱电网短路故障期间，风机变流器不同时间尺度控制环路及其与电网之间的动态耦合加剧，使得正常情况下的控制参数不再适用，风电系统面临着宽频振荡或失步的风险。此外，故障期间的持续振荡或失步还可能会导致风力发电系统大面积脱网，以及故障恢复阶段一系列不可预料的暂态稳定问题。目前，国内外学者对弱电网故障期间风力发电系统的稳定控制展开了一些研究，如下：

文献[1]J.Hu,Q.Hu,B.Wang,et al.Small signal instability of PLL-synchronized type-4 wind turbines connected to high-impedance AC grid duringLVRT[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,2016,31(4):1676–1687.该文献类比复转矩系数法，分析了在弱电网远端对称短路期间，锁相环(PLL)带宽、电流控制环路带宽及有功电流参考对直驱风力发电系统小信号稳定性的影响，指出故障期间优化PLL的PI控制参数有助于提高系统稳定性，降低系统振荡失稳风险。该文章对认识弱电网故障期间直驱风力发电系统的振荡失稳问题有指导性作用，但并未提出有效的振荡抑制策略。

文献[2]X.Wang,J.Yao,J.Pei,Analysis and damping control of small-signal oscillations for VSC connected to weak AC grid during LVRT[J].IEEETransactions on Energy Conversion,2019,34(3):1667–1676.该文献探讨了电网电压深度跌落条件下锁相环与电流控制环之间的相互作用，及其对电压源型变流器(VSC)在低电压穿越过程中稳定性的影响。并在此基础上提出了一种基于PLL频率偏差的附加阻尼控制策略，该策略通过比例增益系数K_d来调整附加阻尼的大小，改变VSC有功电流的给定，避免系统在低电压穿越过程中发生振荡。阻尼控制器的性能与K_d系数大小密切相关，但不同工况下系统所需的附加阻尼并不相同，而文章中K_d系数的取值为定值，显然是无法适用于所有工况的。

文献[3]R.Teodorescu,C.L.Bak,et al.Instability of windturbine converters during current injection to low voltage grid faults andPLL frequency based stability solution[J].IEEE Transactions on Power Systems,2014,29(4):1683-1691.该文献从理论上分析了弱电网严重短路故障条件下，有功电流和无功电流注入对风力发电系统稳定性的影响，指出弱电网严重短路故障期间按照现行低穿导则的电流注入可能会导致风电系统与电网失去同步。为此，文章提出了一种基于锁相环频率反馈的控制算法，采用PI补偿器通过注入一定量的有功电流来解决失步问题，有效增强了系统稳定性。但是，PI补偿器的引入使得系统多时间尺度控制的动态耦合过程更加复杂，而且该文献所提控制算法同样存在无法适用于多工况的问题。