基于DIgSILENT实现风电场附加阻尼控制的方法技术

本发明专利技术属于电力系统数字仿真技术领域，具体涉及一种基于DIgSILENT实现风电场附加阻尼控制的方法。本发明专利技术以风电并网系统作为基础模型，根据系统的模态分析结果，确定待改善的振荡模式，并作出该模式的转速模态图，选取合适的反馈信号，利用DIgSILENT的仿真语言DSL开发出控制器模块，并将其安装在等值风电机组的有功功率控制回路上。根据机电模式的阻尼比建立目标函数，将控制器的参数整定问题转化为一个优化问题，并利用DIgSILENT的编程语言DPL编写优化算法进行求解，本发明专利技术基于DIgSILENT完成双馈风电场的附加阻尼控制器设计，实现了对低频振荡的有效抑制，不必与其它软件进行联合仿真，简化了分析步骤，为研究风电附加阻尼控制器的仿真建模与参数整定提供了一种依据。

【技术实现步骤摘要】
基于DIgSILENT实现风电场附加阻尼控制的方法
本专利技术属于电力系统数字仿真领域，具体涉及一种基于DIgSILENT实现风电场附加阻尼控制的方法。
技术介绍
近年来，我国经济水平的稳健发展，国民经济和社会生活领域对电力能源的需求日益增加，为此我国电力事业正以空前的速度和规模不断扩大，以当前情况来看，煤炭、石油、天然气等化石能源仍然是当下社会的主要能源支柱，但多年以来化石能源的大量消化导致的环境污染和能源危机等问题逐渐突显出来。近些年随着风力发电技术的不断成熟，并因其具有清洁可再生等优点，逐渐受到学术界和工业界的重视。根据我国风电发展的规划，2020年时我国的风电装机容量将达到200GW，风电年发电量将达到390TWH，将占据全国发电量的5％以上。显然，大规模风电并网将成为我国电力事业的发展趋势。风力发电具有间歇性、随机性、可调度性低等不足，风电发展初期，其装机容量和规模较小，一般不会影响到原系统的安全稳定运行，但随着风电渗透率的进一步提高，风电并网带来的一些问题开始逐渐显现，特别是对区域性互联电网的安全稳定产生一定的威胁，影响系统的阻尼条件，增加发生低频振荡的风险，从而可能会导致严重的用电事故。因此有必要考虑对风电并网系统进行附加阻尼控制，以提高系统稳定性。DIgSILENT软件基本涵盖了常用的电力系统分析的功能，例如潮流、短路计算、机电暂态以及电磁暂态计算、谐波分析、小干扰分析、可靠性分析等，目前被广泛应用于输配电网、新能源并网发电和智能电网等领域的分析研究。在动态仿真方面，DIgSILENT不仅具有丰富的元件库，而且提供面向连续过程的仿真语言DSL和面向程序化的编程语言DPL，可供用户自定义模型与调用内部分析程序。因此DIgSILENT软件很合适用于研究新能源并网系统的附加阻尼控制，常喜强、王跃峰、张锋等人提出一种利用DIgSILENT搭建新疆地区电网仿真模型的方法(专利号：CN201510942898.9)，蒯狄正、李群、刘梅招等人提出了一种基于DIgSILENT的并网型光伏仿真发电系统(专利号：CN201210002657.2)。上述研究均针对于系统模型的搭建与开发，没有涉及到利用DIgSILENT完成小干扰分析和风电场附加阻尼控制器的设计。
技术实现思路
本专利技术基于上述问题，提出了一种基于DIgSILENT实现风电场附加阻尼控制的方法，在DIgSILENT中搭建了含风电的电力系统模型，通过模态分析确定出待改善的机电模式，并筛选出合适的反馈信号。利用仿真语言DSL开发出控制器模块，将其安装在等值风电机组的有功功率回路上，以机电模式阻尼比为基础建立目标函数，并利用DPL语言编写优化算法对目标函数进行求解，为抑制风电并网系统低频振荡提供一个新的途径。为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：步骤1：确定风电并网系统的基础数据，其中包括同步发电机组的装机容量、双馈风电场的装机容量、线路阻抗与长度、变压器的容量和电压等级、负荷配置等信息，根据以上数据定义同步发电机、双馈异步风电机组、变压器以及线路等各个元件的Types，并将其保存在LocalLibrary中；步骤2：按照系统结构图在DIgSILENT的操作窗口中搭建测试模型，依次将各个元件的端口连接起来，设置系统频率、仿真步长等基础参数，进行初始条件计算，直至结果输出窗口显示潮流计算成功；步骤3：建立同步发电机组与双馈风电机组的数学模型，从GlobalLibrary中选取所需的模块，将其保存在LocalLibrary中，建立相应的CompositeModel，在绘图区新建一个模块(框架)图，依据数学模型在该新建页面上搭建好各个机组的控制系统，设置好相关参数，进行初始条件计算，直至潮流计算成功；步骤4：对步骤3中搭建好的系统进行模态分析，选出待改善的振荡模式，并针对该模式作出转速模态图，选取附加阻尼控制器合适的反馈信号；步骤5：利用DIgSILENT的仿真语言DSL在双馈风电机组有功功率控制回路上搭建控制器；步骤6：根据机电模式的阻尼比构造目标函数，设置待优化参数的上下限，利用DIgSILENT的编程语言DPL编写优化算法，对附加阻尼控制器中的参数进行优化，待达到最大迭代次数时输出优化结果；步骤7：对步骤3中搭建的模型施加干扰，对比有无附加阻尼控制器时系统的振荡情况。本专利技术所述步骤1中，按照下述步骤执行：步骤101：新建一个Project；步骤102：在EquipmentTypeLibrary中新建名为GeneratorTypes、LinesTypes、TransformerTypes的项目文件夹，在Icon域中选择库；步骤103：在GeneratorTypes库下新建同步发电机类型TypSym，在基础参数页设置发电机名称、视在功率、标称电压和功率因数，在潮流页设置发电机的同步电抗；步骤104：建立系统所用的全部发电机类型；步骤105：在LinesTypes库下新建线型TypLne，在基础参数页设置线路名称、额定电压、电流和频率；步骤106：建立系统所用的全部线路类型；步骤107：在TransformerTypes库下新建2-绕组变压器类型TypTr2，在基础参数页设置变压器名称、高低侧电压和频率；步骤108：建立系统所用的全部变压器类型；本专利技术所述步骤2中，按照下述步骤执行：步骤201：创电网文件夹；步骤202：在绘图元件区单击选择所需元件绘图；步骤203：在绘图界面或者数据管理窗口进行元件的编辑，电源、变流器、母线、电抗和电容等需要设置电压、电流、容量、相别及是否接地等基本参数，电机、变压器和线路可以直接选用设备类型库中已建好的Type；步骤204：在电网单线图中的所有元件都正确设置和选型后，设置潮流计算选项和仿真时间；本专利技术所述步骤3中，按照下述步骤执行：步骤301：在绘图区新建模块图/框架图，按照发电机组的控制系统放置插槽，设置插槽名称和模块的输入输出信号；步骤302：按照输入输出信号的对应关系连接插槽；步骤303：在网络数据中的电网下新建复合模型ElmComp，设置其项目类型为用户自定义模式UserDefinedModel下的控制框图，点击插槽更新；步骤304：在绘图区新建模块图/框架图，根据步骤301中各个插槽的功能搭建控制模块；步骤305：在总控制框图的复合模型下建立通用模型ElmDsl，类型选择依次为步骤304中创建的控制模块；步骤306：将复合模型的各个插槽和通用模型一一对应，设置模型参数；步骤307：初始潮流计算和仿真。在设置插槽的输入输出信号时一般存在两种情况，其一，该插槽的类型可取自标准库，此时对插槽输入输出端口的命名应该严格遵守技术手册上的标准，其二，该插槽需要新建类型时，应保持插槽和ModelDefinition的端口名称相一致。在新建插槽类型时需要搭建UserdefinedMod本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于DIgSILENT实现风电场附加阻尼控制的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n步骤1：确定风电并网系统的基础数据，其中包括同步发电机组的装机容量、双馈风电场的装机容量、线路阻抗与长度、变压器的容量和电压等级、负荷配置等信息，根据以上数据定义同步发电机、双馈异步风电机组、变压器以及线路等各个元件的Types，并将其保存在Local Library中；/n步骤2：按照系统结构图在DIgSILENT的操作窗口中搭建测试模型，依次将各个元件的端口连接起来，设置系统频率、仿真步长等基础参数，进行初始条件计算，直至结果输出窗口显示潮流计算成功；/n步骤3：建立同步发电机组与双馈风电机组的数学模型，从Global Library中选取所需的模块，将其保存在Local Library中，建立相应的Composite Model，在绘图区新建一个模块(框架)图，依据数学模型在该新建页面上搭建好各个机组的控制系统，设置好相关参数，进行初始条件计算，直至潮流计算成功；/n步骤4：对步骤3中搭建好的系统进行模态分析，选出待改善的振荡模式，并针对该模式作出转速模态图，选取附加阻尼控制器合适的反馈信号；/n步骤5：利用DIgSILENT的仿真语言DSL在双馈风电机组有功功率控制回路上搭建控制器；/n步骤6：根据机电模式的阻尼比构造目标函数，设置待优化参数的上下限，利用DIgSILENT的编程语言DPL编写优化算法，对附加阻尼控制器中的参数进行优化，待达到最大迭代次数时输出优化结果；/n步骤7：对步骤3中搭建的模型施加干扰，对比有无附加阻尼控制器时系统的振荡情况。/n...

【技术特征摘要】
1.基于DIgSILENT实现风电场附加阻尼控制的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：确定风电并网系统的基础数据，其中包括同步发电机组的装机容量、双馈风电场的装机容量、线路阻抗与长度、变压器的容量和电压等级、负荷配置等信息，根据以上数据定义同步发电机、双馈异步风电机组、变压器以及线路等各个元件的Types，并将其保存在LocalLibrary中；
步骤2：按照系统结构图在DIgSILENT的操作窗口中搭建测试模型，依次将各个元件的端口连接起来，设置系统频率、仿真步长等基础参数，进行初始条件计算，直至结果输出窗口显示潮流计算成功；
步骤3：建立同步发电机组与双馈风电机组的数学模型，从GlobalLibrary中选取所需的模块，将其保存在LocalLibrary中，建立相应的CompositeModel，在绘图区新建一个模块(框架)图，依据数学模型在该新建页面上搭建好各个机组的控制系统，设置好相关参数，进行初始条件计算，直至潮流计算成功；
步骤4：对步骤3中搭建好的系统进行模态分析，选出待改善的振荡模式，并针对该模式作出转速模态图，选取附加阻尼控制器合适的反馈信号；
步骤5：利用DIgSILENT的仿真语言DSL在双馈风电机组有功功率控制回路上搭建控制器；
步骤6：根据机电模式的阻尼比构造目标函数，设置待优化参数的上下限，利用DIgSILENT的编程语言DPL编写优化算法，对附加阻尼控制器中的参数进行优化，待达到最大迭代次数时输出优化结果；
步骤7：对步骤3中搭建的模型施加干扰，对比有无附加阻尼控制器时系统的振荡情况。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，按照下述步骤执行：
步骤101：新建一个Project；
步骤102：在EquipmentTypeLibrary中新建名为GeneratorTypes、LinesTypes、TransformerTypes的项目文件夹，在Icon域中选择库；
步骤103：在GeneratorTypes库下新建同步发电机类型TypSym，在基础参数页设置发电机名称、视在功率、标称电压和功率因数，在潮流页设置发电机的同步电抗；
步骤104：建立系统所用的全部发电机类型；
步骤105：在LinesTypes库下新建线型TypLne，在基础参数页设置额定电压、电流和频率；
步骤106：建立系统所用的全部线路类型；
步骤107：在TransformerTypes库下新建2-绕组变压器类型TypTr2，在基础参数页设置变压器名称、高低侧电压和频率；
步骤108：建立系统所用的全部变压器类型。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，按照下述步骤执行：
步骤201：创电网文件夹；
步骤202：在绘图元件区单击选择所需元件绘图；
步骤203：在绘图界面或者数据管理窗口进行元件的编辑，电源、变流器、母线、电抗和电容等需要设置电压、电流、容量、相别及是否接地等基本参数，电机、变压器和线路可以直接选用设备类型库中已建好的Type；
步骤204：在电网单线图中的所有元件都正确设置和选型后，设置潮流计算选项和仿真时间。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，按照下述步骤执行：
步骤301：在绘图区新建模块图/框架图，按照发电机组的控制系统放置插槽，设置插槽名称和模块的输入输出信号；
步骤302：按照输入输出信号的对应关系连接插槽；
步骤303：在网络数据中的电网下新建复合模型ElmComp，设置其项目类型为用户自定义模式UserDefinedModel下的控制框图，点击插槽更新；
步骤304：在绘图区新建模块图/框架图，根据步骤301中各个插槽的功能搭建控制模块；
步骤305：在总控制框图的复合模型下建立通用模型ElmDsl，类型选择依次为步骤304中创建的控制模块；
步骤306：将复合模型的各个插槽和通用模型一一对应，设置模型参数；
步骤307：初始潮流计算和仿真。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，在设置插槽的输入输出信号时一般存在两种情况，其一，该插槽的类型可取自标准...

【专利技术属性】
技术研发人员：马燕峰，霍亚欣，李鑫，郑力文，赵书强，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13