一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法，首先在静止同步补偿器不能准确接收受到干扰的情况下，考虑负载支路的影响，建立包含不确定参数和外部干扰的数学模型；基于STATCOM的状态空间设计H∞鲁棒控制器，针对系统模型的不确定性对次同步振荡的影响，把设计抑制次同步振荡的控制器归结为求解H∞鲁棒控制理论的混合灵敏度问题，得到H∞鲁棒控制器；基于H∞鲁棒控制器进行系统次同步振荡的抑制。本发明专利技术不仅能够在系统具有不确定参数时取得良好的补偿性能，而且对参数变化和外部扰动具有较强的鲁棒性，从而抑制次同步振荡。

A method to suppress the subsynchronous oscillation of the supply and receiver in the wind field soft direct access system

【技术实现步骤摘要】
一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法
本专利技术属于新能源接入电网系统振荡抑制
，具体涉及一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法。
技术介绍
随着社会科学技术水平的提升，风力发电在国内得到了大力支持与发展。风电开发的主要特征是规模庞大、集中程度高，负荷中心大多距离风电基地很远，必须通过高压输电线路将电能从风电基地输送至负荷中心。柔性直流因其控制快速、灵活等众多优点，得到了广泛地应用，成为高压直流输电的重要组成形式。随着风电基地规模的进一步扩大，输送功率的进一步提升，风电并网会对电力系统的稳定性带来影响。风电场通过柔直并网系统，存在风电机组和柔直换流器控制系统之间相互作用造成的不稳定问题，引起次同步振荡，造成风电机组失稳。当系统中含有不确定性参数和外部扰动时，已有的次同步振荡抑制方法普遍只针对一个运行状态设计控制器，无法抑制多种运行状态下的次同步振荡，具有局限性，如静止同步补偿器(StaticSynchronousCompensator,STATCOM)可以快速调节无功传输，提高电压稳定性，但无法抑制多种运行状态下的次同步振荡。因此，对于风场柔直接入系统引起送受端次同步振荡，针对风场出力的不确定性，有必要建立一种能够应对多种运行方式下的次同步振荡控制器。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法，实现次同步振荡抑制，解决多种运行状态下次同步振荡抑制的技术问题。本专利技术采用如下技术方案，一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法，具体步骤如下：1)建立包含不确定参数和外部干扰的STATCOM的数学模型；2)基于STATCOM的状态空间设计H∞鲁棒控制器；3)基于H∞鲁棒控制器进行系统次同步振荡的抑制。优选地，在所述步骤1)中包含不确定参数和外部干扰的STATCOM的数学模型的计算方法为，包含电源支路和STATCOM支路的单相回路电流方程为：包含电源支路和负载支路的单相回路电流方程为：经整理可得：其中，L1、L2、L3分别表示电源等效电抗、连接电抗和负载等效电抗，R1、R2、R3分别表示电源等效电阻、连接电阻和负载等效电阻，isa、ica、iLa分别表示电源提供的a相电流、STATCOM补偿a相电流和负载a相电流，分别表示电源提供的a相电流变化率、STATCOM补偿a相电流变化率和负载a相电流变化率，Vsa、Vca、VLa表示电网a相电压、逆变器等效输出a相电压和负载支路扰动a相电压；同理得到另外两项的单相回路电流方程，由此包含不确定参数和外部干扰的STATCOM的数学模型为，其中，isabc、icabc分别表示电源提供的三相电流和STATCOM补偿三相电流；分别表示电源提供的三相电流变化率和STATCOM补偿三相电流变化率；I为三相回路电流；uabc为STATCOM三相电压；ωabc为电力传输系统的角频率。优选地，将STATCOM的数学模型进行Park变换，得到STATCOM在dq坐标系下的状态空间实现，求解H∞鲁棒控制理论的混合灵敏度，得到H∞鲁棒控制器。优选地，得到STATCOM在dq坐标系下的状态空间实现具体为，将电压和电流变换到dq坐标系下，有isabc＝T-1isdq，icabc＝T-1icdq，uabc＝T-1udq，T为Park变换矩阵，isabc、icabc分别表示电源提供的三相电流和STATCOM补偿三相电流，isdq、icdq分别表示在dq坐标系下电源提供的电流和STATCOM补偿电流，uabc为STATCOM三相电压，udq为在dq坐标系下STATCOM三相电压；包含不确定参数和外部干扰的STATCOM的数学模型为，其中，分别表示电源提供的三相电流变化率和STATCOM补偿三相电流变化率，A和B为参数矩阵，形式如下，其中，B1、B2、A11、A12、A21、A22为参数，定义dq坐标系中的d轴与瞬时电压矢量保持一致方向，则有Vsd＝V，Vsq＝0，其中Vsd、Vsq表示电网在dq坐标系下的电压；V为STATCOM可控电压有效值；得到STATCOM在dq坐标系下的状态方程为，其中，表示STATCOM逆变桥直流侧电容电压，分别表示在dq坐标系下电源提供的电流变化率和STATCOM补偿电流变化率，Ag、Bg、Cg、Dg为参数矩阵，计算公式如下：得到STATCOM的状态空间实现为：其中，C为STATCOM逆变桥直流侧电容；Vcd、Vcq表示在dq坐标系下STATCOM逆变器直流侧电压。优选地，所述H∞鲁棒控制器的设计方法为，设定参考输入信号到衡量系统性能输出的传递函数Tzω(s)如下，其中，WS(s)、WT(s)、WR(s)为待定的输出权函数，根据系统性能要求设置；S(s)为灵敏度函数，T(s)为补灵敏度函数，R(s)为输入灵敏度函数，计算公式如下，S(s)＝(1+G(s)K(s))-1T(s)＝G(s)K(s)(1+G(s)K(s))-1R(s)＝K(s)(1+G(s)K(s))-1其中，K(s)为控制器的传递函数，G(s)为被控对象，基于预设的闭环系统鲁棒稳定条件求解控制器的传递函数K(s)，即得到H∞鲁棒控制器。优选地，所述预设的闭环系统鲁棒稳定条件为||Tzω(s)||∞≤γ，其中||Tzω(s)||∞为Tzω(s)的H∞范数，γ为预设值。优选地，所述WS(s)为高通滤波器，WT(s)为低通滤波器，WR(s)为预设常数。优选地，所述步骤3)中进行系统次同步振荡的抑制的具体方法为，风力发电机转速信号输入H∞鲁棒控制器，输出输出信号uac1与STATCOM直流侧电压、交流侧电压通过PI控制器得到输出电流分量，进而得到PWM脉冲信号实现系统次同步振荡抑制。专利技术所达到的有益效果：本专利技术是提出一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法，实现次同步振荡抑制，解决多种运行状态下次同步振荡的技术问题。本专利技术中结合STATCOM建立的基于H∞鲁棒控制器能抑制系统送、受端的振荡，对系统不确定性的适应性强，能有效地应对系统不确定因素的影响，提高系统的稳定性。附图说明图1是STATCOM主电路图；图2是STATCOM等效电路图；图3是本专利技术实施例中一种H∞鲁棒控制流程图；图4是本专利技术实施例中H∞鲁棒控制结构图。具体实施方式下面根据附图并结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步阐述。本专利技术基于STATCOM设计了H∞鲁棒控制器，首先考虑STATCOM负载支路的影响，建立包含不确定参数和外部干扰的数学模型，用四阶状态方程描述STATCOM系统的动态特性，再根据系统性能要求选取混合加权函数，针对系统模型的不确定性对次同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)建立包含不确定参数和外部干扰的STATCOM的数学模型；/n2)基于STATCOM的状态空间设计H∞鲁棒控制器；/n3)基于H∞鲁棒控制器进行系统次同步振荡的抑制。/n

【技术特征摘要】
1.一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立包含不确定参数和外部干扰的STATCOM的数学模型；
2)基于STATCOM的状态空间设计H∞鲁棒控制器；
3)基于H∞鲁棒控制器进行系统次同步振荡的抑制。


2.根据权利要求1所述的一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法，其特征在于，在所述步骤1)中包含不确定参数和外部干扰的STATCOM的数学模型的计算方法为，
包含电源支路和STATCOM支路的单相回路电流方程为：



包含电源支路和负载支路的单相回路电流方程为：



经整理可得：



其中，L1、L2、L3分别表示电源等效电抗、连接电抗和负载等效电抗，R1、R2、R3分别表示电源等效电阻、连接电阻和负载等效电阻，isa、ica、iLa分别表示电源提供的a相电流、STATCOM补偿a相电流和负载a相电流，分别表示电源提供的a相电流变化率、STATCOM补偿a相电流变化率和负载a相电流变化率，Vsa、Vca、VLa表示电网a相电压、逆变器等效输出a相电压和负载支路扰动a相电压；
同理得到另外两项的单相回路电流方程，由此包含不确定参数和外部干扰的STATCOM的数学模型为，



其中，isabc、icabc分别表示电源提供的三相电流和STATCOM补偿三相电流；分别表示电源提供的三相电流变化率和STATCOM补偿三相电流变化率；I为三相回路电流；uabc为STATCOM三相电压；ωabc为电力传输系统的角频率。


3.根据权利要求1所述的一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法，其特征在于，在所述步骤2)基于STATCOM的状态空间设计H∞鲁棒控制器，具体为，将STATCOM的数学模型进行Park变换，得到STATCOM在dq坐标系下的状态空间实现，求解H∞鲁棒控制理论的混合灵敏度，得到H∞鲁棒控制器。


4.根据权利要求3所述的一种风场柔直接入系统送受端次同步振荡抑制方法，其特征在于，得到STATCOM在dq坐标系下的状态空间实现具体为，将电压和电流变换到dq坐标系下，有isabc＝T-1isdq，icabc＝T-1icdq，uabc＝T-1udq，T为Park变换矩阵，isabc、icabc分别表示电源提供的三相电流和STATCOM补偿三相电流，isdq、icdq分别表示在dq坐标系下电源提供的电流和STATCOM补偿电流，uabc为STATCOM三相电压，udq为在dq坐标系下STATCOM三相电压；
包含不确定参数和外部干扰的STATCOM的数学模型为，



其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝丽丽，周彦彤，陈从霜，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32