【技术实现步骤摘要】
一种基于广义短路比法的风电并网低频振荡抑制方法
本专利技术属于电力系统稳定与控制
，特别是一种基于广义短路比法的风电并网低频振荡抑制方法。
技术介绍
在众多的可再生能源之中，风能分布广泛，风力发电成本相对较低，具有较大的商业潜力和活力。风能的使用过程清洁无污染，为中国社会主义现代化建设提供稳定的电力供应的同时，也能较好地缓解环境保护与经济发展之间的矛盾。另外风电场不会大规模占用肥沃的土地资源，不会影响种植业和农牧业的正常生产，因为风电资源比较丰富的地区，往往在偏远的荒滩或者山地，风力能源的开发往往也会带动旅游业的发展。随着国家在政策上对可再生能源发电的大力支持，我国的风电建设也进入了一个快速发展的时期。风电作为一种可再生能源，具有波动性和间歇性的特点，此外由于风力资源分布的特点，大型风力发电场往往位于相对比较偏远的地区，而这些地区往往负荷相对较小，需要通过长距离输电线路接入电网，因此风电接入对电力系统阻尼特性的影响显得尤为突出，所以研究风速波动引起的系统低频振荡的抑制方法，是风电并网安全稳定运行迫切需要解决的问题，也是对大规模风电接入后的系统进行分析时需要解决的首要问题。由于风机并网结构复杂，传统的小信号分析方法建模维度大，目前还没有一种方法能够从机理详细描述风速波动的频率对网侧安全稳定运行的影响，这就导致了控制器参数的协调优化是6个控制器12个参数联调，优化问题维度较大。现有的分析虽然能简化线路，但是却没有综合考虑全系统的交互影响，无法全面考虑系统的各种运行方式和风电场风速条件。
【技术保护点】
1.一种基于广义短路比法的风电并网低频振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、建立风电并网中的网侧模型，并根据直流电容模型，用广义短路比法简化线路；/n步骤2、将电容电压用正弦函数表示，通过扫频法得到能够激发网侧低频振荡模态的直流电容振荡频率；/n步骤3、建立风电并网机侧模型，得到直流电容关于风机转速的传递函数；/n步骤4、建立风速对风机转速影响模型，分析得到能够激发步骤2所述的直流电容振荡频率的风速波动频段；/n步骤5、利用粒子群算法协调优化机侧和网侧控制器参数，使得相应模态阻尼比最大，从而抑制低频振荡。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于广义短路比法的风电并网低频振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立风电并网中的网侧模型，并根据直流电容模型，用广义短路比法简化线路；
步骤2、将电容电压用正弦函数表示，通过扫频法得到能够激发网侧低频振荡模态的直流电容振荡频率；
步骤3、建立风电并网机侧模型，得到直流电容关于风机转速的传递函数；
步骤4、建立风速对风机转速影响模型，分析得到能够激发步骤2所述的直流电容振荡频率的风速波动频段；
步骤5、利用粒子群算法协调优化机侧和网侧控制器参数，使得相应模态阻尼比最大，从而抑制低频振荡。
2.根据权利要求1所述的基于广义短路比法的风电并网低频振荡抑制方法，其特征在于，步骤1所述的建立风电并网中的网侧模型，并根据直流电容模型，用广义短路比法简化线路，具体如下：
步骤1.1、风电并网中的网侧模型分为电力电子设备群的雅克比传递函数矩阵JGm(s)和交流电网的雅克比传递函数矩阵Jnetm(s)：
其中，ΔP表示网侧有功功率的波动值，ΔQ表示网侧无功功率的波动值，Δθ表示网侧电压相角的波动值，ΔU表示网侧电压波动值，U表示网侧电压幅值；
步骤1.2、交流电网的雅克比传递函数矩阵Jnetm(s)为：
其中，JPθ(s)表示交流电网有功功率与网侧电压相角关系的传递函数，JPU(s)表示交流电网有功功率与网侧电压幅值关系的传递函数，JQθ(s)表示交流电网无功功率与网侧电压相角关系的传递函数，JQU(s)表示交流电网无功功率与网侧电压幅值关系的传递函数；
式中，
其中，α(s)＝1/[(s/ω0)2+1]，β(s)＝(s/ω0)/[(s/ω0)2+1]，其中ω0为工频角速度；Pi＝diag(PL1,PL2,…,PLn)，Pi为电力电子设备输出功率以单位容量为基准的标幺值，PL1,PL2,…,PLn表示并网线路注入节点1，2,…,n的功率；M为节点i、j间注入电流的余弦值；N为节点i、j间注入电流的正弦值；
其中：
式中，Ui、Uj表示节点i和节点j的节点电压；θij表示节点i和节点j间的电压相角差；
Bij为消去无穷大电网所连节点后的节点导纳矩阵B中的元素，具体表达式为：
式中，Lij表示节点i和节点j间传输线上的电感；n为线路所含节点总数；
步骤1.3、设定在自身基准容量下，各电力电子设备的雅可比传递函数矩阵均相同，将各电力电子设备的雅可比传递函数矩阵转换到系统容量下，得到包含所有电力电子设备动态的雅可比传递函数矩阵JGm(s)和对应的传递函数分别为：
式中，SB＝diag(SB1,SB2,…,SBn)，SBi分别为第i台设备的容量；符号表示Kronecker积；GPθ(s)表示电力电子设备侧有功功率与网侧电压相角关系的传递函数，GPU(s)表示电力电子设备侧有功功率与网侧电压幅值关系的传递函数，GQθ(s)表示电力电子设备侧无功功率与网侧电压相角关系的传递函数，GQU(s)表示电力电子设备侧无功功率与网侧电压幅值关系的传递函数；
设定风速恒定，即风机出力恒定，则直流电容环节为：
式中，ΔVdc表示直流电容两端电压波动量；ΔPg表示网侧有功功率波动量；C表示直流电容值；Vdc0表示直流电容两端电压稳态值；
将式(7)代入到JGm(s)中，得到包含直流电容环节的电力电子设备动态的雅可比传递函数为：
式中，G1(s)为功率外环控制回路的传递函数；G2(s)为电流内环控制回路传递函数；GPLL(s)为锁相环控制回路的传递函数；L为滤波器电感；Id为网侧d轴电流；Iq为网侧q轴电流；Ud为并网电压；
步骤1.4、将Jnetm(s)和JGm(s)的具体形式代入式(1)得多馈入系统的闭环特征方程为：
式中，det(*)表示行列式；
将式(9)中各项同时左乘矩阵系统的闭环特征方程变为：
式中，Pb＝Pi/SBi，Qb＝Qi/SBi；In∈Rn×n为单位矩阵；Jeq为拓展导纳矩阵，表达式为：
拓展导纳矩阵Jeq能够进行特征值分解且所有的特征值均为正数，最小值特征值的代数重数和几何重数均为1，因此，存在可逆矩阵W能够对Jeq进行相似对角变换，满足
W-1JeqW＝Λ＝-diag(λi)(12)
式中，Λ表示Jeq的第i个特征值λi按顺序排列的对角阵；diag表示行列式；
步骤1.5、由于式(10)中GPθ(s)In、GPU(s)In、GQθ(s)In、GQU(s)In、diag(Pb)和diag(Qb)均为对角矩阵，故将式(12)代入式(10)得：
此时，系统闭环特征方程式(8)中各项均为对角矩阵，故式(8)再写成如下形式：
式中，表示行列式相乘；
即
c1(s)×c2(s)…×cn(s)＝0(15)
式中，ci(s)表示系统第i个支路的闭环方程；
其中
多馈入系统的闭环特征方程中每个因式ci(s)与单馈入系统的闭环特征方程形式完全相同，所以n馈入系统的闭环特征方程即为n个单馈入系统闭环特征方程的乘...
【专利技术属性】
技术研发人员：张飞云，卜京，孙莹，卞婉春，郑铭洲，夏凡吴双，殷明慧，谢云云，邹云，刘建坤，周前，汪成根，张宁宇，
申请(专利权)人：南京理工大学，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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