一种基于虚拟阻抗的DFIG-PSS控制器设计方法技术

本发明专利技术提出了一种基于虚拟阻抗的DFIG‑PSS控制器设计方法，其步骤为：首先，构建含双馈感应电机模型的电网系统，并将电力系统稳定器和虚拟阻抗相结合后连接到转子侧换流器，再采用定子磁链定向矢量控制技术获得转子侧换流器的输出电压与转子电流的关系；其次，根据定子电压、电子磁链和电子电流之间的关系获得定子电流与定子的输出功率的关系；然后，根据转子侧换流器的输出电压与转子电流的关系以及定子电流与定子的输出功率的关系得到电力系统稳定器‑虚拟阻抗的参数与定子的输出功率的关系；最后，通过改变电力系统稳定器‑虚拟阻抗的参数调整定子的输出功率，进而影响电网系统的阻尼特性。本发明专利技术能够改善含风电系统低频振荡特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟阻抗的DFIG-PSS控制器设计方法
本专利技术涉及风电系统
，特别是指一种基于虚拟阻抗的DFIG-PSS控制器设计方法。
技术介绍
大规模风电机组并网给电力系统稳定运行带来了新的挑战，风电机组如双馈感应电机(doublyfedinductiongenerator，DFIG)将影响系统原有振荡模式，并可能引入新的振荡模式，对系统的动态稳定性尤其是小干扰稳定性产生不利影响。传统同步发电机采用电力系统稳定器(powersystemstabilizer，PSS)，在系统受到扰动期间提供附加阻尼，改善系统低频振荡特性。随着风电渗透率的增加，电网要求风电机组也能为电力系统提供阻尼，通过类似传统同步发电机的附加阻尼控制策略研究变得至关重要。近年来，国内外针对大规模风电并网引起的低频振荡问题已展开了大量的研究工作，并取得了丰富的研究成果。研究表明，大容量风电机组对电力系统的影响不容忽视，因此研究风电机组，尤其是目前广泛应用的双馈风电机组对互联系统小干扰稳定性的影响尤为重要。文献[JoseLuisDominguez-OriolGomis-Bellmunta,FernandoD.Bianchi,AndreasSumpera.Poweroscillationdampingsupportedbywindpower:Areview[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2012,16(7):4982-4993.]阐明了风力发电对小信号稳定性的影响，并介绍了风力发电机组抑制内部和电力系统振荡模式的控制方法。文献[LiuYong,JoeR.Gracia,ThomasJ.King,LiuYilu.Frequencyregulationandoscillationdampingcontributionsofvariable-speedwindgeneratorsintheU.S.EasternInterconnection(EI)[J].IEEETransactionsonSustainableEnergy,2015,6(3):951-957.]提出了变速风力发电机快速有功功率控制技术，并讨论如何将这些控制应用于美国东部互联系统的频率调节和振荡阻尼。文献[MohitSingh,AliciaJ.Allen,EduardMuljadi,VahanGevorgian,ZhangYingchen,SuryaSantoso.Interareaoscillationdampingcontrolsforwindpowerplants.IEEETransactionsonSustainableEnergy,2015,6(3):967-975.]将控制信号加到有功功率控制环中，通过调节DFIG有功功率输出来提高系统的小干扰稳定性。文献[LiaoKai,HeZhengyou,XuYan,GuoChen,ZhaoYangdong,KitPoWong.AslidingmodebaseddampingcontrolofDFIGforinterareapoweroscillations.IEEETransactionsonSustainableEnergy,2017,8(1):258-267.]提出一种二阶滑模控制器对DFIG无功功率输出进行调制，文献[FanLingling,YinHaiping,MiaoZhixin.OnActive/ReactivePowerModulationofDFIG-BasedWindGenerationforInterareaOscillationDamping.IEEETransactionsonEnergyConversion,2011,26(2):513-521]表明功调调制可能导致轴振荡，无功调制为更优选择。采用PSS抑制低频振荡是传统电力系统常用的手段，DFIG也可以采取类似于同步发电机的附加阻尼控制策略来改善互联电力系统低频振荡特性，即DFIG-PSS。文献[F.MichaelHughes,OlimpoAnaya-Lara,NicholasJenkins,GoranStrbac.ApowersystemstabilizerforDFIG-basedwindgeneration.IEEETransactionsonPowerSystems,2006,21(2):763-772.]阐明，双馈风力发电机增加适当设计的电力系统稳定器可以显著增强风电场对电网阻尼的贡献，并且可以在不降低所提供的电压控制质量的情况下实现。文献[边晓燕,耿艳,袁方期,李学武,符杨.多运行方式下DFIG-PSS输入信号选取的探讨[J].电力系统及其自动化学报,2016,28(07):47-50.]分析了DFIG-PSS位置与输入对其阻尼振荡的影响。文献[李生虎,孙琪,石雪梅,黄杰杰.基于区域极点配置的风电系统弱阻尼低频振荡模式抑制[J].电力系统保护与控制,2017,45(20):14-20.]应用区域极点配置法设计DFIG-PSS。文献[BianXiaoyan,DingYang,JiaQingyu,ShiLei,ZhangXiaoping,L.LOKwok.Mitigationofsub-synchronouscontrolinteractionofapowersystemwithDFIG-basedwindfarmundermulti-operatingpoints[J].IETGeneration,Transmission&Distribution,2018,12(21):5834-5842.]基于次同步控制交互概率灵敏度，选择DFIG-PSS位置与输入，并优化控制参数。文献[李生虎,张浩.风电系统振荡模式对DFIG-PSS传递函数的灵敏度分析[J].电力系统保护与控制,2020,48(16):11-17.]建立含DFIG-PSS系统状态方程，将特征值增量引入传递函数增量迭代运算，通过仿真对比参数灵敏度和传递函数灵敏度误差以及相应设计的DFIG-PSS的控制效果。风电并网时，系统输出电压对输出阻抗特性有一定要求，采用相应的虚拟阻抗(virtualimpedance，VI)控制策略，可以使等效输出阻抗呈现出系统期望的特性。文献[周鹏,张新燕,邸强,岳家辉,邢琛.基于虚拟同步机控制的双馈风电机组预同步并网策略[J].电力系统自动化,2020,44(14):71-84.]提出一种虚拟同步机(virtualsynchronousgenerator，VSG)控制的双馈风电机组无锁相环预同步控制策略，并提出在无功控制环中引入虚拟阻抗，以虚拟电流代替参考输入量，实现了双馈风电机组快速有效地平滑并网。文献[巨云涛,马雅蓉,齐志男.基于阻尼转矩分析的虚拟同步机对小干扰稳定的影响机理研究[J/OL].中国电机工程报,1-10[2020-11-30].]阐明了虚拟同步控制策略对小干扰稳定的影响机理，并发现适当增大虚拟阻抗环节的电感有利于系统的小干扰稳定。文献[李辉,王坤,胡玉,王晓,夏桂森.双馈风电系统虚拟同步控制的阻抗建模及稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟阻抗的DFIG-PSS控制器设计方法，其特征在于，其步骤如下：/n步骤一：构建含双馈感应电机模型的电网系统，其中，双馈感应电机模型包括转子侧换流器和风电机组，转子侧换流器通过定子和转子控制风电机组；/n步骤二：将电力系统稳定器和虚拟阻抗相结合后连接到转子侧换流器，并采用定子磁链定向矢量控制技术获得转子侧换流器的输出电压与转子电流的关系；/n步骤三：根据定子电压、电子磁链和电子电流之间的关系获得定子电流与定子的输出功率的关系；/n步骤四：根据转子侧换流器的输出电压与转子电流的关系以及定子电流与定子的输出功率的关系得到电力系统稳定器-虚拟阻抗的参数与定子的输出功率的关系；/n步骤五：通过改变电力系统稳定器-虚拟阻抗的参数调整定子的输出功率，进而影响电网系统的阻尼特性。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟阻抗的DFIG-PSS控制器设计方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：构建含双馈感应电机模型的电网系统，其中，双馈感应电机模型包括转子侧换流器和风电机组，转子侧换流器通过定子和转子控制风电机组；
步骤二：将电力系统稳定器和虚拟阻抗相结合后连接到转子侧换流器，并采用定子磁链定向矢量控制技术获得转子侧换流器的输出电压与转子电流的关系；
步骤三：根据定子电压、电子磁链和电子电流之间的关系获得定子电流与定子的输出功率的关系；
步骤四：根据转子侧换流器的输出电压与转子电流的关系以及定子电流与定子的输出功率的关系得到电力系统稳定器-虚拟阻抗的参数与定子的输出功率的关系；
步骤五：通过改变电力系统稳定器-虚拟阻抗的参数调整定子的输出功率，进而影响电网系统的阻尼特性。


2.根据权利要求1所述的基于虚拟阻抗的DFIG-PSS控制器设计方法，其特征在于，所述转子侧换流器的输出电压与转子电流的关系为：



其中，Kp1、Ki1、Kp3、Ki3、Kq1、Ki2均为转子侧换流器控制比例积分控制器的参数，Vrd表示d轴转子电压，表示转子有功功率参考值，Ps表示转子有功功率测量值，ird表示d轴转子电流，Vrq表示q轴转子电压，表示转子无功功率参考值，Qs表示转子无功功率测量值，irq表示q轴转子电流，s表示微分算子，uerrs为电力系统稳定器-...

【专利技术属性】
技术研发人员：和萍，李从善，李凯章，岳啸鸣，郑明明，和艳萍，李钊，陶玉昆，赵琛，谢伟，李凌政，程寅超，丁浩川，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41