一种DFIG与SSSC协调电力系统广域阻尼控制方法技术方案

一种DFIG与SSSC协调电力系统广域阻尼控制方法属于电力系统互联电网阻尼控制技术领域。本发明专利技术首先，辨识系统振荡参数判别系统阻尼情况，并获得电力系统振荡频率和阻尼比，其次，选取阻尼控制器的广域输入信号。再根据阻尼比设定目标，在SSSC中通过结合模糊控制原则利用无功调制进行功率振荡抑制；在DFIG中通过基于PI的PSS环节来提供阻尼转矩从而进行振荡抑制，而后协调二者实现电力系统广域阻尼控制。仿真结果表明，该方法简单有效，所提广域阻尼控制具有较强鲁棒性，并可有效增强互联电网功率振荡抑制能力。

A Wide Area Damping Control Method for DFIG and SSSC Coordination Power System

A wide-area damping control method for DFIG and SSSC coordinated power system belongs to the field of damping control technology for interconnected power systems. The invention first identifies the oscillation parameters of the system to distinguish the system damping, and obtains the oscillation frequency and damping ratio of the power system. Secondly, the wide-area input signal of the damping controller is selected. Then, according to the damping ratio, reactive power modulation is used to suppress power oscillation in SSSC by combining with the principle of fuzzy control. In DFIG, damping torque is provided by PSS link based on PI to suppress power oscillation, and then the wide-area damping control of power system is realized by coordinating the two. The simulation results show that the proposed method is simple and effective. The proposed wide area damping control has strong robustness and can effectively enhance the power oscillation suppression ability of interconnected power grids.

【技术实现步骤摘要】
一种DFIG与SSSC协调电力系统广域阻尼控制方法
本专利技术属于电力系统互联电网阻尼控制
，特别是涉及到一种DFIG与SSSC协调电力系统广域阻尼控制方法。
技术介绍
随着新能源发电蓬勃发展，风电大量并网，双馈感应风机(DFIG)得到广泛应用，如此带来的问题就是大规模的风电接入电网，可能会引起大量机组脱网等一系列严重问题，若不及时有效地处理，将会对电网公司和风电场造成巨大的损失。与此同时，静止同步串联补偿器(SSSC)也能为电网提供电压调控，SSSC并联在经串联补偿线路联网的风电场出口母线处，通过调节母线电压来达到控制线路潮流的目的。DFIG与SSSC在电网中的比重与容量逐步增加，也使得互联电网特性变得更为复杂，对电力系统功率振荡分析与抑制带来极大挑战，一旦发生功率振荡将会对电力系统造成巨大影响，所以如何改善系统阻尼特性，抑制功率振荡值得研究。传统同步机采用电力系统稳定器(PSS)进行阻尼控制，得到了广泛应用，也有学者将PSS控制环节结合DFIG或SSSC单独提供阻尼，但是对于含DFIG和SSSC的电网，如果可以在DFIG或SSSC中附加阻尼作用，特别是当DFIG或SSSC单独提供阻尼作用有限情况下，可能提供阻尼有限并且弱化振荡抑制效果，因此可利用DFIG和SSSC协调的广域阻尼控制方法为系统提供阻尼并抑制功率振荡提供一个新途径。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种DFIG与SSSC协调电力系统广域阻尼控制方法用于解决大规模的风电接入电网，对电力系统功率振荡分析与抑制带来极大挑战的技术问题。一种DFIG与SSSC协调电力系统广域阻尼控制方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，步骤一、选取发电机转子角速度信号并利用矩阵束方法辨识并获得电力系统振荡频率f和阻尼比ξ；步骤二、选取振荡的两个不同区域内发电机转速差Δω13作为DFIG与SSSC协调的电力系统广域阻尼控制器的输入信号；步骤三、建立SSSC双馈感应电机无功调制机理的模糊阻尼控制器；步骤四、建立DFIG静止同步串联补偿器有功调制机理的PSS阻尼控制器；步骤五、制定DFIG和SSSC结合的协调广域阻尼控制方法；①、设定阻尼比阈值ε；②、根据电力系统的特征根公式和阻尼比公式计算并获得阻尼比ξ，将阻尼比ξ与设定的阻尼比阈值ε进行比较；ξ＞ε，系统阻尼充足，电力系统维持现状；ξ＜ε，首先开启步骤三建立的SSSC模糊控制器对系统进行阻尼调控，重复步骤②，再次获得系统的阻尼比ξ并与阻尼比阈值ε进行比较，ξ＞ε，系统阻尼充足，停止调控，ξ＜ε，开启步骤四建立的DFIG静止同步串联补偿器有功调制机理的PSS阻尼控制器进行振荡抑制，调整有功调制环节增益K确定新的阻尼比ξ，再与阻尼比阈值ε进行比较，直至有功调制环节增益K确定的新的阻尼比ξ满足ξ＞ε。所述步骤一中辨识并获得电力系统振荡频率f和阻尼比ξ的方法为：将电力系统用常微分方程表示，相应特征根为其中，d为特征根的实部、Ω为特征根的虚部；a、b、c为常数；振荡频率为：f＝2πΩ(3)阻尼比为：电力系统受到扰动后激发的系统振荡频率和阻尼比由矩阵束方法求得，N个模态的指数函数线性组合形式如下：其中，y(t)是在实际观测中的包含噪声的响应；x(t)是不含噪声的响应；m(t)是系统噪声；t不大于最大观测时间T；Bi是第i个模态的振荡幅值；λi＝d±jΩλi是电力系统用常微分方程表示时所对应的特征根，d为特征根的实部、Ω为特征根的虚部；由采样序列y(g)，(g＝0,1，2...，M-1)构造Hankel汉克尔矩阵：其中，M为最大采点数；K为矩阵束约束参数，K的取值范围在M/4～M/3之间；Y1和Y2由系统不含噪声的响应x(t)获得，构建Y1和Y2矩阵如下：构造矩阵束Y2-βY1，计算并获得矩阵束广义特征根，获得特征根的虚部Ω，将求解矩阵束广义特征值转化为求解矩阵Q的特征值：Q＝Y1+Y2(9)其中，Y1+是Y1的伪逆矩阵，Q为控制器的无功功率；Q存在N个非0特征值，设为βi(i＝1，2，…，N)，其中，Ts为采样周期，di为特征根的实部；Ωi为特征根的虚部；根据式(3)和式(4)分别获得振荡频率和阻尼比。所述步骤三中建立的SSSC双馈感应电机无功调制机理的模糊阻尼控制器，通过调节输入信号，使控制器的无功功率Q含有阻尼转矩分量，以便无功调制具有阻尼抑制作用，通过调节无功功率实现电力系统功率振荡抑制。所述步骤三中建立的SSSC双馈感应电机无功调制机理的模糊阻尼控制器中设置模糊控制器；采用三角形隶属度函数作控制器的输入和输出，定义模糊集，并选取模糊规则；在电压波动允许范围内，进行广域阻尼控制，向系统提供无功功率，抑制功率振荡。所述步骤四中建立的DFIG静止同步串联补偿器有功调制机理的PSS阻尼控制器通过基于比例积分环节PI的电力系统稳定器PSS提供阻尼转矩进行振荡抑制。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：本专利技术提出的一种DFIG与SSSC协调电力系统广域阻尼控制方法，首先，辨识系统振荡参数判别系统阻尼情况，其次，选取阻尼控制器的广域输入信号。再根据阻尼比设定目标，在SSSC中通过结合模糊控制原则利用无功调制进行功率振荡抑制；在DFIG中通过基于PI的PSS环节来提供阻尼转矩从而进行振荡抑制，而后协调二者实现电力系统广域阻尼控制。仿真结果表明，该方法简单有效，所提广域阻尼控制具有较强鲁棒性，并可有效增强互联电网功率振荡抑制能力。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明：图1是传统PSS阻尼控制器设计框图。图2是本专利技术中模糊阻尼控制器设计框图。图3是本专利技术中模糊控制器模糊集输入输出函数E的隶属度。图4是本专利技术中模糊控制器模糊集输入输出函数Ec的隶属度。图5是本专利技术中模糊控制器模糊集输入输出函数Δu的隶属度。图6是本专利技术中DFIG与SSSC结合的阻尼控制策略流程图。图7是本专利技术的实施例中含DFIG和SSSC四机两区域系统图。图8是本专利技术的实施例中系统三相短路联络线有功功率对比结果。图9是本专利技术的实施例中系统三相短路发电机G3有功功率对比结果。具体实施方式如图所示，一种DFIG与SSSC协调的电力系统广域阻尼控制策略，它包括以下步骤：1)选取发电机转子角速度信号并利用矩阵束方法辨识电力系统振荡情况，判别电力系统振荡频率f和阻尼比ξ；由于电力系统可看作一个常微分方程，故设系统常微分方程相应特征根为其中，d为特征根的实部、Ω为特征根的虚部；a、b、c为常数；振荡频率为：f＝2πΩ(3)阻尼比为：电力系统受到扰动后激发的系统振荡频率和阻尼比由矩阵束方法求得，N个模态的指数函数线性组合形式如下：其中，y(t)是在实际观测中的包含噪声的响应；x(t)是不含噪声的响应；m(t)是系统噪声；t不大于最大观测时间T；Bi是第i个模态的振荡幅值；λi＝d±jΩλi是电力系统用常微分方程表示时所对应的特征根，d为特征根的实部、Ω为特征根的虚部；由采样序列y(g)，(g＝0,1，2...，M-1)构造Hankel汉克尔矩阵：其中，M为最大采点数；K为矩阵束约束参数，K的取值范围在M/4～M/3之间；Y1和Y2由系统不含噪声的响应x(t)获得，构建Y1和Y2矩阵如下：构造矩阵束Y2-βY1，计算并获得矩阵束广本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DFIG与SSSC协调电力系统广域阻尼控制方法，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，步骤一、选取发电机转子角速度信号并利用矩阵束方法辨识并获得电力系统振荡频率f和阻尼比ξ；步骤二、选取振荡的两个不同区域内发电机转速差Δω13作为DFIG与SSSC协调的电力系统广域阻尼控制器的输入信号；步骤三、建立SSSC双馈感应电机无功调制机理的模糊阻尼控制器；步骤四、建立DFIG静止同步串联补偿器有功调制机理的PSS阻尼控制器；步骤五、制定DFIG和SSSC结合的协调广域阻尼控制方法；①、设定阻尼比阈值ε；②、根据电力系统的特征根公式和阻尼比公式计算并获得阻尼比ξ，将阻尼比ξ与设定的阻尼比阈值ε进行比较；ξ＞ε，系统阻尼充足，电力系统维持现状；ξ＜ε，首先开启步骤三建立的SSSC模糊控制器对系统进行阻尼调控，重复步骤②，再次获得系统的阻尼比ξ并与阻尼比阈值ε进行比较，ξ＞ε，系统阻尼充足，停止调控，ξ＜ε，开启步骤四建立的DFIG静止同步串联补偿器有功调制机理的PSS阻尼控制器进行振荡抑制，调整有功调制环节增益K确定新的阻尼比ξ，再与阻尼比阈值ε进行比较，直至有功调制环节增益K确定的新的阻尼比ξ满足ξ＞ε。...

【技术特征摘要】
1.一种DFIG与SSSC协调电力系统广域阻尼控制方法，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，步骤一、选取发电机转子角速度信号并利用矩阵束方法辨识并获得电力系统振荡频率f和阻尼比ξ；步骤二、选取振荡的两个不同区域内发电机转速差Δω13作为DFIG与SSSC协调的电力系统广域阻尼控制器的输入信号；步骤三、建立SSSC双馈感应电机无功调制机理的模糊阻尼控制器；步骤四、建立DFIG静止同步串联补偿器有功调制机理的PSS阻尼控制器；步骤五、制定DFIG和SSSC结合的协调广域阻尼控制方法；①、设定阻尼比阈值ε；②、根据电力系统的特征根公式和阻尼比公式计算并获得阻尼比ξ，将阻尼比ξ与设定的阻尼比阈值ε进行比较；ξ＞ε，系统阻尼充足，电力系统维持现状；ξ＜ε，首先开启步骤三建立的SSSC模糊控制器对系统进行阻尼调控，重复步骤②，再次获得系统的阻尼比ξ并与阻尼比阈值ε进行比较，ξ＞ε，系统阻尼充足，停止调控，ξ＜ε，开启步骤四建立的DFIG静止同步串联补偿器有功调制机理的PSS阻尼控制器进行振荡抑制，调整有功调制环节增益K确定新的阻尼比ξ，再与阻尼比阈值ε进行比较，直至有功调制环节增益K确定的新的阻尼比ξ满足ξ＞ε。2.根据权利要求1所述的一种DFIG与SSSC协调电力系统广域阻尼控制方法，其特征是：所述步骤一中辨识并获得电力系统振荡频率f和阻尼比ξ的方法为：将电力系统用常微分方程表示，相应特征根为其中，d为特征根的实部、Ω为特征根的虚部；a、b、c为常数；振荡频率为：f＝2πΩ(3)阻尼比为：电力系统受到扰动后激发的系统振荡频率和阻尼比由矩阵束方法求得，N个模态的指数函数线性组合形式如下：其中，y(t)是在实际观测中的包含噪声的响应；x(t)是不含噪声的响应；m(t)是系统噪声；t不大于最大观测时间T；Bi是...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝文波，徐茂达，
申请(专利权)人：国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23