一种增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法技术方案

本发明专利技术公开一种增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，步骤1，根据风电场对同步机组的可控能力划分出各风电场的可控机群，并将每个可控机群聚合为一台等效可控机组；步骤2，选择虚拟控制量，将风电场和其相应的等效可控机组建立成一个串级系统，其中等效可控机组为第一级的第一子系统，所述风电场为第二级的第二子系统；步骤3，针对第一子系统，利用时间最优控制给出参考控制律；针对第二子系统，利用线性自抗扰控制设计附加控制律，实现虚拟控制量对参考控制律的快速跟踪。本发明专利技术的控制方法将时间最优控制TOC和线性自抗扰控制LADRC相结合，无需系统的详细模型，对系统不同的运行方式具有很强的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统同步稳定控制领域，具体涉及一种增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法。
技术介绍
随着风电场渗透的增加，越来越多的同步机组被风电机组替代，风电机组也应该为改善系统同步稳定性贡献一份力量。系统同步稳定问题的根本原因在于同步发电机组输入机械功率和输出电磁功率之间的不平衡。不同于同步机组，得益于电力电子变频器的应用，一方面使得变速风电机组(variablespeedwindturbine,VSWT)自身不存在机电稳定性问题，另一面使得VSWT可以实现功率的解耦控制。VSWT的这些特性为暂态过程中可以通过风电机组附加功率控制影响同步机组的输出电磁功率特性，减小暂态过程中同步机组不平衡功率改善系统同步稳定性提供了条件。传统基于系统固定运行点线性化模型设计的风电机组附加控制器可以有效增强系统小干扰稳定性，但由于其忽略了电力系统固有的非线性特性，因此改善系统暂态稳定性的效果有限。时间最优控制(timeoptimalcontrol，TOC)是最优控制的一种，其可以在控制输入存在约束的条件下实现系统的最速镇定。在工程实际应用中，高阶系统(高于2阶)TOC的控制律复杂，不易于实现。因此得到广泛应用的主要是2阶TOC。然而，TOC控制策略需要系统的详细模型信息，对系统扰动非常敏感，限制其推广应用。线性自抗扰控制(linearactivedisturbancerejectioncontrol,LADRC)是一种弱依赖于系统模型的控制方法，该方法实时观测系统“扰动”并在控制输入中进行前馈补偿，对扰动和模型不确定性具有很强的鲁棒性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，该方法将时间最优控制TOC和线性自抗扰控制LADRC相结合，无需系统的详细模型，对系统不同的运行方式具有很强的鲁棒性。为达到上述专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，包括如下步骤：步骤1，根据风电场对同步机组的可控能力划分出各风电场的可控机群，并将每个可控机群聚合为一台等效可控机组，所述可控机群为角加速度明显受风电场有功功率调制影响的同步机组，所述风电场是地理位置集中的风电机组的集合；步骤2，选择虚拟控制量，将风电场和其相应的等效可控机组建立成一个串级系统，其中等效可控机组为第一级的第一子系统，所述风电场为第二级的第二子系统；步骤3，针对第一子系统，利用时间最优控制给出参考控制律；针对第二子系统，利用线性自抗扰控制设计附加控制律，实现虚拟控制量对参考控制律的快速跟踪。进一步，所述步骤1的等效可控机组的聚合方式具体如下：步骤11，在系统稳态情况时，根据风电场同步机组加速度系数α的标幺值，选择标幺值大于阈值的同步机组作为该风电场的可控机组，上述所有可控同步机组构成该风电场的可控机群，所述加速度系数为同步机组的转子角加速度相对于风电场的功率变化；步骤12，该风电场包括至少1台可控机组，累加各同步机组相比于加速度系数标幺值的功角、稳态功角、转速，相应聚合为等效可控机组的功角、稳态功角和转差，关于同步机组的转子角加速度和输出电磁功率，进而得到该风电场下等效可控机组模型。进一步，在上述步骤基础上，还包括步骤4，对等效可控机组因暂态故障产生的稳态功角偏移，通过实时监测，以加权逐步逼近的方法确定等效可控机组故障后的稳态功角，并以该稳态功角为本控制方法的控制目标。本专利技术的一种增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，具有如下有益效果：在暂态故障发生后，该控制器能够充分利用风电机组的功率快速调节能力，吸收系统暂态不平衡功率，尽可能快地驱动系统达到新的稳态平衡运行点。控制器仅需反馈少量加速度灵敏度较大机组的功角信息，大幅降低了控制器的测量和通信负担。除此之外，控制器无需系统的详细模型信息，对系统运行方式和风速扰动具有良好的鲁棒性。附图说明图1为本专利技术的增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法的实现流程框图；图2为本专利技术风电场和其相应的等效可控机组串级系统示意图；图3为本专利技术时间最优控制的相平面图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。本专利技术方法将TOC和LADRC相结合，设计了一种增强系统同步稳定性的变速风电机组附加鲁棒时间最优控制器，驱动不同运行方式下的电力系统在故障后尽快稳定于新平衡点。参看图1，为本专利技术方法的具体实现流程，本专利技术的一种增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，该方法包括：步骤1，根据风电场对同步机组的可控能力划分出各风电场的可控机群，并将每个可控机群聚合为一台等效可控机组，所述可控机群为角加速度明显受风电场有功功率调制影响的同步机组，所述风电场是地理位置集中的风电机组的集合；步骤2，选择虚拟控制量，将风电场和其相应的等效可控机组建立成一个串级系统，其中等效可控机组为第一级的第一子系统，所述风电场为第二级的第二子系统；步骤3，针对第一子系统，利用时间最优控制给出参考控制律；针对第二子系统，利用线性自抗扰控制设计附加控制律，实现虚拟控制量对参考控制律的快速跟踪。作为另一个实施例，还包括步骤4，对于暂态故障后等效可控机组稳态功角偏移，通过实时监测，以加权逐步逼近的方法确定等效可控机组故障后的稳态功角，并将之作为控制目标。具体的，所述步骤1的等效可控机组的聚合方式具体如下：步骤11，在系统稳态情况时，根据风电场同步机组加速度系数α的标幺值，选择标幺值大于阈值的同步机组作为该风电场的可控机组，上述所有可控同步机组构成该风电场的可控机群，所述加速度系数为同步机组的转子角加速度相对于风电场的功率变化；步骤12，该风电场包括至少1台可控机组，累加各同步机组相比于加速度系数标幺值的功角、稳态功角、转速，相应聚合为等效可控机组的功角、稳态功角和转差，关于同步机组的转子角加速度和输出电磁功率，进而得到该风电场下等效可控机组模型。所述根据风电场对同步机组的可控能力划分出各风场的可控机群，并将其可控机群聚合为一台等效可控机组，具体实现方式为：系统稳态情况时，风电场对不同同步机组的可控能力不同。风电场有功功率调制只会对与它电气距离较近的同步机组的角加速度产生显著影响，定义这些机组为该风电场的可控机群(controllablegeneratorcluster,CGC)。为区分可控机组，引入加速度系数。定义加速度系数(accelerationindex，AI)α为发电机i的角加速度相对于风电场j的功率变化，即：式中αi为同步机组i的转子角加速度；Mi为同步机组i的惯性时间常数；Pgi(k)为第k个仿真时刻同步机组i的输出电磁功率；Pwj(k)为第k个仿真时刻风电场j的输出电磁功率。考察风电场j的所有AI，选择其中的最大值作为基准值对所有AI进行标幺化：选择wi,j>0.5pu的同步机组作为风电场j的可控机组，所有可控同步机组构成了风电场j的可控机群，记为Nj。若某一风电场存在多台可控机组，通过式(3)将可控机群聚合为一台等效可控机组(equivalentcontrollablegenerator,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，根据风电场对同步机组的可控能力划分出各风电场的可控机群，并将每个可控机群聚合为一台等效可控机组；所述可控机群为角加速度明显受风电场有功功率调制影响的同步机组，所述风电场是地理位置集中的风电机组的集合；步骤2，选择虚拟控制量，将风电场和其相应的等效可控机组建立成一个串级系统，其中等效可控机组为第一级的第一子系统，所述风电场为第二级的第二子系统；步骤3，针对第一子系统，利用时间最优控制给出参考控制律；针对第二子系统，利用线性自抗扰控制设计附加控制律，实现虚拟控制量对参考控制律的快速跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，根据风电场对同步机组的可控能力划分出各风电场的可控机群，并将每个可控机群聚合为一台等效可控机组；所述可控机群为角加速度明显受风电场有功功率调制影响的同步机组，所述风电场是地理位置集中的风电机组的集合；步骤2，选择虚拟控制量，将风电场和其相应的等效可控机组建立成一个串级系统，其中等效可控机组为第一级的第一子系统，所述风电场为第二级的第二子系统；步骤3，针对第一子系统，利用时间最优控制给出参考控制律；针对第二子系统，利用线性自抗扰控制设计附加控制律，实现虚拟控制量对参考控制律的快速跟踪。2.根据权利要求1所述的增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，其特征在于，所述步骤1的等效可控机组的聚合方式具体如下：步骤11，在系统稳态情况时，根据风电场同步机组加速度系数α的标幺值，选择标幺值大于阈值的同步机组作为该风电场的可控机组，上述所有可控同步机组构成该风电场的可控机群，所述加速度系数为同步机组的转子角加速度相对于风电场的功率变化；步骤12，该风电场包括至少1台可控机组，累加各同步机组相比于加速度系数标幺值的功角、稳态功角、转速，相应聚合为等效可控机组的功角、稳态功角和转差，关于同步机组的转子角加速度和输出电磁功率，进而得到该风电场下等效可控机组模型。3.根据权利要求1所述的增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，其特征在于，所述步骤11的加速度系数α表达式如式(1)所示：αi,j=Δ(αi)ΔPwj=Pgi(k+1)-Pgi(k)[Pw,j(k+1)-Pw,j(k)]Mi---(1)]]>其中αi为同步机组i的转子角加速度；Mi为同步机组i的惯性时间常数；Pgi(k)为第k个仿真时刻同步机组i的输出电磁功率；Pwj(k)为第k个仿真时刻风电场j的输出电磁功率。4.根据权利要求3所述的增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，其特征在于，所述步骤11的加速度系数标幺值，是对风电场j的所有加速度系数α，选择其中的最大值作为基准值对所有加速度系数α进行标幺化，得到标幺值如式(2)所示：wi,j=αi,j/maxj(αi,j)---(2).]]>5.根据权利要求4所述的增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制方法，其特征在于，所述步骤12对可控机群的聚合通过式(3)实现：{δej=Σi∈Njwijδi/wsum,j,δejs=Σi∈Njwijδis/wsum,jωej=Σi∈Njwijωi/wsum,j,wsum,j=sumj(wi,j)---(3)]]>式中δi为同步机组i的功角；δis为同步机组i的稳态功角；ωi为同步机组i的转速；δej为风电场j的等效可控机组的功角；δejs为风电场j的等效可控机组的稳态功角；ωej为风电场j的等效可控机组的转差；进而将风电场j的可控机群聚合为等效可控机组，所述等效可控机组的模型如式(4)所示：{Δδ·ej=ΔωejΔω·ej=Σi∈Njwi,j(Pmi-Pei)/(Miwsum,j)-Σi∈Nj(wi,j/wsum,j)Σn=1mαi,nΔPw,n---(4)]]>式中Δδej＝δej-δejs为等效可控机组的功角差；Δωej＝ωej-1为等效可控机组的转速差；Mi为同步机组的惯性时间常数。6.根据权利要求5所述的增强系统同步稳定性的风电场功率鲁棒最速调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈肖灿，沈鹏，杜兆斌，管霖，邸鹏宇，
申请(专利权)人：华南理工大学，广东电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：广东;44