一种提高新能源装备暂态稳定的阻尼控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种提高新能源装备暂态稳定的阻尼控制方法及系统，属于新能源电力系统暂态稳定控制领域，包括：第一部分是故障检测环节，主要提供附加环节投切信号。通过检测端电压的幅值是否低于设定值，来判断是否在原有锁相环控制基础上投入附加控制环节；第二部分是阻尼模式选择环节，根据外部输入信号选择不同的阻尼控制模式以及自适应阻尼补偿系数；第三部分是附加阻尼控制环节，根据外部控制信号将产生的附加阻尼信号补偿给锁相环频率输出或电压输出。本发明专利技术能够提高新能源装备在严重故障情况下的同步跟踪运行能力，并且易于对现有装备进行改造，实现成本低。实现成本低。实现成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种提高新能源装备暂态稳定的阻尼控制方法及系统


[0001]本专利技术属于新能源电力系统暂态稳定控制领域，更具体地，涉及一种提高新能源装备暂态稳定的阻尼控制方法及系统。

技术介绍

[0002]以新能源为主体的新型电力系统将建成以风电、光伏等可再生能源为主要一次能源的电力系统。近年来，我国风力发电持续快速增长，在电网中占比日益增高，已成为我国三大主力能源。输电侧，由于我国一次能源与负荷呈逆向分布，为适应我国能源分布结构，满足清洁能源送出、负荷中心电力供应、节能减排等方面的迫切需求，国家电网公司大力发展适于远距离、大容量输电的特高压交、直流技术。可以预见，高比例新能源接入和交直流混联将是我国未来电力系统的主要特征之一。新能源发电以及特高压直流输电等都高度依赖电力电子器件，高可控性以及动作速度较快等特征给电力系统带来了新的暂态稳定问题，也增加了电网调度部门的调控和保护压力。近年来，国内外电力系统多次发生与新能源发电、直流输电等相关的暂态稳定事故，严重威胁了电力系统安全稳定运行。
[0003]根据电力电子装备的同步方式，可以将其分为锁相型和组网型两类装备，两类设备的暂态响应特性区别较大，其中锁相型装备应用较为广泛。但现有分析方法对其暂态稳定问题认识还不够全面，尤其是多尺度控制器耦合、机电电磁等多重耦合机制对锁相型装备并网暂态稳定影响还需要进一步深入。因而，针对新能源发电及直流输电等多种锁相型设备接入电网后的暂态稳定提高策略，目前的研究也较为分散。一部分控制策略是在故障发生后通过改变新能源装备的输出功率参考值，还有一些是通过改变原有锁相环控制器的比例和积分系数。近期也有部分策略通过加入前馈以及反馈等控制支路来提高暂态稳定能力。但已有的这些控制策略都对现有锁相控制结构改变较大，对装置原有特性影响较大，容易引发新的稳定问题以及降低锁相环自身的设计性能指标。因而，亟需对原有控制结构改变小，对装置性能指标影响弱，又能提高系统暂态稳定能力的控制策略。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种提高新能源装备暂态稳定的阻尼控制方法及系统，其目的在于，提高新能源装备在严重故障情况下的同步跟踪运行能力，并且易于在现有装备上实现，改造成本低。
[0005]为实现上述目的，本专利技术一共包括三个部分，分别为：
[0006]第一部分是故障检测环节，主要提供附加环节投切信号。通过检测端电压的幅值是否低于设定值，判断是否投入附加控制环节。若低于设定值则检测环节输出信号为1，就在原有锁相环控制基础上投入附加控制环节；若大于设定值则检测环节输出信号为0，则附加环节不使能，原有锁相控制器单独使用，其控制逻辑可以用如下的数学表达式说明。
[0007][0008]第二部分是阻尼模式选择环节，主要是根据外部输入信号选择不同的阻尼控制模式以及自适应阻尼补偿系数。阻尼模式的选择既可提前设定好后并网运行，也可在装置运行过程中进行实时更换。当阻尼控制模式信号为1时，阻尼模式选择为比例环节，即输出常数与输入角度的乘积；当阻尼控制模式信号为2时，阻尼模式选择为余弦环节，即输出输入角度的余弦信号值，其控制逻辑如下式所示：
[0009][0010]同时，阻尼模式选择环节中的阻尼补偿系数可以根据系统参数进行自适应根据锁相环响应的上升时间、峰值时间以及调节时间等性能指标的要求而设计。根据不同的设计性能要求，可以根据补偿参数ζ与系统参数，包括线路测量电感L
g
，装备电流参考值i
dref
以及端电压测量值U
g
，计算符合设计要求的阻尼补偿系数，其计算方法可用如下数学公式来表示：
[0011][0012]第三部分是附加阻尼控制环节，其根据外部控制信号将阻尼模式选择环节产生的附加阻尼信号补偿到原有锁相环不同的信号位置。补偿位置信号既可提前设定，又可在运行过程中根据需求更换附加阻尼控制信号补偿的位置。当补偿位置信号为1时，附加阻尼控制信号将对q轴电压进行补偿；当补偿位置信号为2时，附加阻尼控制信号将对频率误差进行补偿，其数学逻辑可用如下数学公式表示：
[0013][0014]其中，u
tq0
为q轴电压信号，u
tq
为补偿后的q轴电压信号，ω
10
为频率误差信号，ω1为补偿后的频率误差信号，f(δ)为阻尼补偿信号。
[0015]本专利技术另一方面提供了一种提高新能源装备暂态稳定的阻尼控制系统，包括：
[0016]故障检测环节，用于通过检测新能源装备并网机端电压的幅值是否低于设定值来判断是否投切附加控制部分，若是，则在原有锁相环控制基础上投入附加阻尼控制环节，否则，附加阻尼控制环节不使能；
[0017]阻尼模式选择环节，用于根据阻尼控制模式信号对应产生线性与非线性阻尼补偿信号；
[0018]附加阻尼控制环节，用于在附加阻尼控制环节，通过设定开通和关断信号，将产生的阻尼补偿信号加在原有锁相环不同信号的位置。
[0019]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0020](1)本专利技术提供的提高新能源装备暂态稳定的阻尼控制方法仅对锁相控制环节进行附加补偿，不改其他控制结构，对原有系统控制结构改变小，对装备其他控制性能指标影响弱，并且易于对现有装备进行改造成，实现成本低。
[0021](2)经过理论计算，本专利技术提供的附加控制环节既不改变系统正常运行时的控制结构，也不改变原有锁相控制器参数，仅在系统故障时提供合适阻尼，因而能够切实提高系
统暂态同步运行能力。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施提供的附加控制环节结构图；
[0023]图2为本专利技术实施提供的附加阻尼控制环节投入流程图；
[0024]图3为本专利技术实施提供的附加控制环节投入后锁相环角度误差时域图；
[0025]图4为本专利技术实施提供的附加控制环节投入后锁相环频率误差时域图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术适用场景。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]在本专利技术中，本专利技术及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
[0028]为提高新能源装备在严重故障情况下的同步跟踪运行能力，并易于现有装备进行升级改造，本专利技术提供了一种提高新能源装备暂态稳定的阻尼控制策略，其仅在故障发生时对原有锁相控制器增加附加控制环节，其余内外环控制结构，包括电压控制环节、功率控制环节以及电流控制环节等其余控制环节均不做出改变，具体控制结构如图1所示，包括：原有锁相控制器部分以及附加控制环节两部分。其中，附加控制环节又包括：故障检测环节、阻尼模式选择环节以及附加阻尼控制环节等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高新能源装备暂态稳定的阻尼控制方法，其特征在于，包括：(1)通过检测新能源装备并网机端电压的幅值是否低于设定值来判断是否投切附加控制部分，若是，则在原有锁相环控制基础上投入附加阻尼控制环节，否则，附加阻尼控制环节不使能；(2)根据阻尼控制模式信号对应产生线性与非线性阻尼补偿信号；(3)在附加阻尼控制环节，通过设定开通和关断信号，将产生的阻尼补偿信号加在原有锁相环不同信号的位置。2.如权利要求1所述的阻尼控制方法，其特征在于，当新能源装备并网机端电压低于设定值时，输出信号为1；当新能源装备并网机端电压大于设定值时，输出信号为0，表示为：其中，Flag为输出信号，U
t
为新能源装备并网机端电压，U
th
为设定值。3.如权利要求2所述的阻尼控制方法，其特征在于，附加阻尼控制环节在检测到故障时才会投入，在正常运行时，附加阻尼控制环节不会投入，即不会改变原有锁相环的运行环境和参数。4.如权利要求1所述的阻尼控制方法，其特征在于，根据阻尼控制模式信号改变阻尼补偿信号的形式，其具体的数学运算方式如下式所示：其中，f(δ)为阻尼补偿信号，F为阻尼控制模式信号，当阻尼控制模式信号为1时，阻尼模式选择为比例环节，即其输出为常数k1与输入角度δ的乘积；当阻尼控制模式信号为2时，阻尼模式选择为余弦运算环节，即其输出为常数k2与输入角度δ的余弦值的乘积。5.如权利要求4所述的阻尼控制方法，其特征在于，所述常数k1和常数k2为：其中，L
g
为线路测量电感，i
dref
为装备电流参考值，U
g

【专利技术属性】
技术研发人员：马锐，江克证，占萌，曹侃，黎金鑫，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：