基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法技术方案

基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法，包括针对传统电网友好型DFIG控制策略互作用影响，确定优化控制模型；采用跨越暂态有功控制模型，分析系统短路故障期间DFIG有功出力变化；采用附加约束的无功修正电流控制模型，分析系统短路故障期间DFIG无功出力变化；对优化控制后的系统稳定性改善效果进行综合评估。本发明专利技术方法考虑控制策略相互的影响，从有功限幅与恢复对虚拟惯量控制效果的影响，虚拟惯量控制对暂态无功控制效果的影响等多方面的因素进行分析，采用跨越暂态有功控制策略以及附加约束的无功修正电流控制策略分析系统短路故障期间DFIG出力变化，最后对优化控制后系统稳定性改善效果进行综合评价。

Optimal Control Method of System Stability Based on Grid Friendly DFIG Control Strategy

Based on the grid-friendly DFIG control strategy, the optimal control method for system stability is established, including the optimal control model for the interaction of traditional grid-friendly DFIG control strategy; the active power output of DFIG during short-circuit fault is analyzed by using the cross-transient active power control model; and the reactive power modified current control model with additional constraints is used to analyze the dynamic response of DFIG during short-circuit fault. FIG reactive power output changes; comprehensive evaluation of the improvement effect of system stability after optimal control. The method of the present invention considers the influence of control strategies on each other, analyses the influence of active power limitation and restoration on virtual inertia control effect, virtual inertia control on transient reactive power control effect and other factors, adopts active power control strategy across transient state and reactive power correction current control strategy with additional constraints to analyze the change of DFIG output during short-circuit fault of the system, and finally analyzes the change of DFIG output during short-circuit fault of the system. After optimizing the control, the system stability improvement effect is evaluated comprehensively.

【技术实现步骤摘要】
基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法
本专利技术涉及电网优化控制领域，具体涉及一种基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法。
技术介绍
在风电场电网友好化的思路下，在DFIG通用模型中，包含能够在短路期间与短路后有功恢复期间限制有功给定，以减轻变流器负载压力和减小有功过快恢复冲击的暂态有功控制；以及能够在短路期间提高无功注入，减小DFIG脱网风险的暂态无功控制。除此之外，为保证系统发生大的有功缺额(或盈余)场景时系统的频率稳定，虚拟惯量控制近年来也成为研究热点。以上三类电网友好型DFIG控制策略的设计出发点虽然不同，但由于DFIG控制系统中的转速(有功)控制与无功控制时间尺度与系统机电时间尺度重合，所以当系统发生短路故障时，DFIG暂态有功/无功控制会响应DFIG机端电压的变化，而虚拟惯量控制则会响应系统频率的瞬时偏移，并迅速改变DFIG的暂态有功与无功输出特性，从而对系统的功角稳定以及电压跌落幅度产生不同的影响。尽管以上三类电网友好型DFIG控制策略对系统稳定的影响已有较为充分的研究，但在研究中通常只关注单一控制策略对系统稳定的影响，而较少考虑控制策略之间的相互影响，从而可能使电网友好型DFIG控制策略在实际应用中相互制约，影响各自的控制效果。如暂态有功与无功控制对于虚拟惯量控制效果的影响，虽然虚拟惯量控制具有改善系统功角稳定的能力，但这种优点在一定条件下会被暂态有功与无功控制限制。又如虚拟惯量控制对暂态无功控制效果的影响，这在一定条件下会影响到DFIG对故障中电压跌落水平的改善效果。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法，该方法考虑控制策略相互的影响，从有功限幅与恢复对虚拟惯量控制效果的影响，虚拟惯量控制对暂态无功控制效果的影响等多方面的因素进行分析，采用跨越暂态有功控制策略以及附加约束的无功修正电流控制策略分析系统短路故障期间DFIG出力变化，最后对优化控制后系统稳定性改善效果进行综合评价。本专利技术采取的技术方案为：基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法，包括以下步骤：步骤1：针对传统电网友好型DFIG控制策略互作用影响，确定优化控制模型；步骤2：采用所述优化控制模型，分析系统短路故障期间DFIG出力变化；步骤2包括：步骤2.1:采用跨越暂态有功控制模型，分析系统短路故障期间DFIG有功出力变化；步骤2.2：采用附加约束的无功修正电流控制模型，分析系统短路故障期间DFIG无功出力变化；步骤3：对优化控制后的系统稳定性改善效果进行综合评估。本专利技术一种基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法，有益效果如下：1)、从风电场电网友好化角度，充分考虑了控制策略之间的相互作用，改善了只关注单一控制策略对系统稳定的影响的不足现状。2)、相对提高了DFIG的无功出力，减小DFIG脱网风险。3)、可以提高系统首摆与反摆的稳定性。4)、从更全面的角度，改善了送端系统功角稳定，同时减小了故障期间电压跌落深度。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为转子侧变流器控制逻辑示意图。图2为故障期间与故障后有功给定图。图3为改进暂态电流给定控制图。图4为改进有功控制原理分析图。图5(a)为时域仿真系统网架示意图；图5(b)为DFIG有功曲线图；图5(c)为系统功角曲线图；图5(d)为DFIG无功曲线图；图5(e)为升压变无功曲线图；图5(f)为机端电压曲线图。具体实施方式基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法，包括以下步骤：步骤1：针对传统电网友好型DFIG控制策略互作用影响，确定优化控制模型；步骤2：采用所述优化控制模型，分析系统短路故障期间DFIG出力变化；步骤2包括：步骤2.1:采用跨越暂态有功控制模型，分析系统短路故障期间DFIG有功出力变化；步骤2.2：采用附加约束的无功修正电流控制模型，分析系统短路故障期间DFIG无功出力变化；步骤3：对优化控制后的系统稳定性改善效果进行综合评估。所述步骤1中，传统电网友好型DFIG控制策略包括：暂态有功控制、暂态无功控制、虚拟惯量控制；暂态有功控制模型包括幅值限制ird_max，Umeas为DFIG端电压；暂态无功控制模型包括暂态无功控制输出量ΔiQ：ΔiQ＝Kv*(1-Umeas),Umeas≤0.9pu,Kv≥2(2)Kv为DFIG暂态无功增益。当DFIG机端电压突破控制死区后，暂态无功控制输出量ΔiQ可用式(2)进行描述。通常，为保证短路故障期间充分发挥DFIG无功支撑能力，幅值限制模块会由有功优先切换至无功优先，故暂态期间ird_ref1还将与暂态无功控制输出进行协调。由暂态无功控制决定的有功限幅ip_max计算式如下：imax为变流器最大可承受电流，ip_max为无功优先时最大可发出有功电流，iQ0为稳态无功电流,irq_ref为q轴有功参考电流，ΔiQ为暂态无功控制输出量。短路故障期间暂态无功控制动作时，稳态无功控制积分器被闭锁，iQ0保持不变。虚拟惯量控制改变有功参考电流ird_ref0的作用原理为：改变转速控制系统生成的转矩信号Tref，经与Lmψs/Ls相除后得到有功电流参考ird_ref0，其中Lm，ψs，Ls分别为电机互感，定子磁链与定子自感；所述控制策略互作用包括：(1)、不同条件下两种限幅作用大小关系对暂态有功限幅的影响，(2)、有功限幅与恢复对虚拟惯量控制效果的影响，(3)、虚拟惯量控制对暂态无功控制效果的影响；具体的控制策略互作用分析过程如下，1)、分析ird_max与ip_max两种限幅作用在不同条件下的大小关系：假设稳态运行时DFIG采用单位功率因数控制，即iQ0＝0，则故障期间，当0.868pu≤Umeas≤0.9pu时，有：当ird_max≥ip_max时，有Kv(1-Umeas)≥0.2，构造函数f1(Umeas)＝0.2/(1-Umeas)，当Kv≥2时，在[0.868,0.9]区间上f1(Umeas)值域为[1.52,2]，有Kv≥f1(Umeas)恒成立，即Kv≥2时ird_max≥ip_max恒成立，故此时暂态有功限幅由ip_max决定。同理，当0.116pu≤Umeas≤0.868pu时，有当ird_max≥ip_max时，有将不等式右端项构造为函数f2(Umeas)，在区间[0.116,0.868]上其值域为[-0.968,1.0987]，可见当Kv≥2时式(6)恒成立，即ird_max≥ip_max恒成立，暂态有功限幅由ip_max决定。当Umeas≤0.116pu时，此时ird_max为0，即有功限幅为0，综上，由于并网导则中一般要求Kv≥2，故暂态期间实际有功限幅ip_lim为：因此，在Umeas≥0.116pu时，暂态有功最大值实际上由暂态无功控制决定。2)、分析有功限幅与恢复对虚拟惯量控制效果的影响：当短路故障中DFIG感知系统频率瞬时偏移，使得虚拟惯量控制输出TVI大于0，使得(Tref-TVI)减小，(Tref-TVI)对应的有功电流参考与ip_max之间的大小关系将决定暂态期间的有功参考电流给定ird_ref2。当Umeas≥0.116pu时，若虚拟惯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：针对传统电网友好型DFIG控制策略互作用影响，确定优化控制模型；步骤2：采用所述优化控制模型，分析系统短路故障期间DFIG出力变化；步骤2包括：步骤2.1:采用跨越暂态有功控制模型，分析系统短路故障期间DFIG有功出力变化；步骤2.2：采用附加约束的无功修正电流控制模型，分析系统短路故障期间DFIG无功出力变化；步骤3：对优化控制后的系统稳定性改善效果进行综合评估。

【技术特征摘要】
1.基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：针对传统电网友好型DFIG控制策略互作用影响，确定优化控制模型；步骤2：采用所述优化控制模型，分析系统短路故障期间DFIG出力变化；步骤2包括：步骤2.1:采用跨越暂态有功控制模型，分析系统短路故障期间DFIG有功出力变化；步骤2.2：采用附加约束的无功修正电流控制模型，分析系统短路故障期间DFIG无功出力变化；步骤3：对优化控制后的系统稳定性改善效果进行综合评估。2.根据权利要求1所述基于电网友好型DFIG控制策略下系统稳定性优化控制方法，其特征在于：所述步骤1中，传统电网友好型DFIG控制策略包括：暂态有功控制、暂态无功控制、虚拟惯量控制；暂态有功控制模型包括幅值限制ird_max，Umeas为DFIG端电压；暂态无功控制模型包括暂态无功控制输出量ΔiQ：ΔiQ＝Kv*(1-Umeas),Umeas≤0.9pu,Kv≥2(2)Kv为DFIG暂态无功增益；当DFIG机端电压突破控制死区后，暂态无功控制输出量ΔiQ可用式(2)进行描述；通常，为保证短路故障期间充分发挥DFIG无功支撑能力，幅值限制模块会由有功优先切换至无功优先，故暂态期间ird_ref1还将与暂态无功控制输出进行协调；由暂态无功控制决定的有功限幅ip_max计算式如下：imax为变流器最大可承受电流，ip_max为无功优先时最大可发出有功电流，iQ0为稳态无功电流,irq_ref为q轴有功参考电流，ΔiQ为暂态无功控制输出量；短路故障期间暂态无功控制动作时，稳态无功控制积分器被闭锁，iQ0保持不变；虚拟惯量控制改变有功参考电流ird_ref0的作用原理为：改变转速控制系统生成的转矩信号Tref，经与Lmψs/Ls相除后得到有功电流参考ird_ref0，其中Lm，ψs，Ls分别为电机互感，定子磁链与定子自感；所述控制策略互作用包括：(1)、不同条件下两种限幅作用大小关系对暂态有功限幅的影响，(2)、有功限幅与恢复对虚拟惯量控制效果的影响，(3)、虚拟惯量控制对暂态无功控制效果的影响；具体的控制策略互作用分析过程如下，1)、分析ird_max与ip_max两种限幅作用在不同条件下的大小关系：假设稳态运行时DFIG采用单位功率因数控制，即iQ0＝0，则故障期间，当0.868pu≤Umeas≤0.9pu时，有：当ird_max≥ip_max时，有Kv(1-Umeas)≥0.2，构造函数f1(Umeas)＝0.2/(1-Umeas)，当Kv≥2时，在[0.868,0.9]区间上f1(Umeas)值域为[1.52,2]，有Kv≥f1(Umeas)恒成立，即Kv≥2时ird_max≥ip_max恒成立，故此时暂态有功限幅由ip_max决定；同理，当0.116pu≤Umeas≤0.868pu时，有当ird_max≥ip_max时，有将不等式右端项构造为函数f2(Umeas)，在区间[0.116,0.868]上其值域为[-0.968,1.0987]，可见当Kv≥2时式(6)恒成立，即ird_max≥ip_max恒成立，暂态有功限幅由ip_max决定；当Umeas≤0.116pu时，此时ird_max为0，即有功限幅为0，综上，由于并网导则中一般要求Kv≥2，故暂态期间实际有功限幅ip_lim为：因此，在Umeas≥0.116pu时，暂态有功最大值实际上由暂态无功控制决定；2)、分析有功限幅与恢复对虚拟惯量控制效果的影响：当短路故障中DFIG感知系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，许忠义，叶婧，胡汉梅，张闯，吴罗兰，陈俊慧，余朋军，徐加宝，朱泽伟，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42