一种用于双馈风电场的多联轴协调优化功率振荡抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于双馈风电场的多联轴协调优化功率振荡抑制方法，主要包括：构建风电场内多机虚拟多联轴耦合下的系统动态模型以及设计一致性响应虚拟同步机多机虚拟联轴控制器；输入发电机、线路的网络拓扑参数；通过同步机功角振幅公式，计算系统振荡评价指标；判断所计算评价指标是否为最小值，如果是，对虚拟刚度、阻尼和惯量参数进行拟合；将拟合后的参数输入至虚拟多联轴控制器中生成新的功率变化量；基于功率变化量形成新的功率信号，经过虚拟同步机环节，更新双馈风电机组的功角，进而调节风机功率，响应系统的功率波动。本发明专利技术利用多机一致性响应和多联轴协调优化可激发风电场抑振整体效应，提升其对系统功率振荡及频率的支撑能力。振荡及频率的支撑能力。振荡及频率的支撑能力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于双馈风电场的多联轴协调优化功率振荡抑制方法


[0001]本专利技术涉及功率抑制
，尤其涉及一种用于双馈风电场的多联轴协调优化功率振荡抑制方法。

技术介绍

[0002]随着能源结构低碳式发展，以风电为代表的可再生能源电网渗透率逐年攀升。在风电高占比电网中，功率振荡和频率稳定问题频发，严重威胁了系统稳定性。风电场主动参与电网频率调整和抑制功率振荡将是保障新型电力系统安全运行的必然选择。目前，虚拟同步发电机通过控制并网换流器可使风电机组模拟同步发电机的惯量和阻尼特性，为风电场实现友好并网提供可行的技术支撑。然而，单台虚拟同步机可调容量有限，工程应用中将存在并联交互问题，在新型电力系统中，风电场须在多台虚拟同步机耦合建模的基础上，通过多机协调优化设计，激发高效抑振效果，这将是提升风电场并网支撑可靠性与有效性亟待突破的技术瓶颈。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种用于双馈风电场的多联轴协调优化功率振荡抑制方法，计及虚拟同步机虚拟多联轴耦合关系，利用虚拟联轴和功角增益优化，获得风电场内多虚拟同步机一致性响应条件，进而提出双馈风电场的虚拟多联轴控制方法，使风电场形成了整体抑振效应，提升其对系统功率振荡及频率的支撑能力。
[0004]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种用于双馈风电场的多联轴协调优化功率振荡抑制方法，双馈风电场用于表示具有双馈风电机组的两自由度风力发电系统，包括以下步骤：
[0005]对双馈风电机组进行虚拟同步控制，获取同步机与多台双馈风电机组进行联轴耦合后的耦合系统的运动模型，其中，双馈风电机组之间至少具备一种不同的电气距离；
[0006]基于耦合系统运动模型，通过获取同步机与VSG功角信号的功角耦合关系，以及双馈风电场的网络拓扑参数，获取系统振荡评价函数；
[0007]基于系统振荡评价函数，通过对虚拟刚度、阻尼和惯量参数进行拟合，并根据功角耦合关系，通过更新双馈风电机组的功角抑制耦合系统的功率振荡，对多台双馈风电机组进行柔性联轴控制。
[0008]优选地，在获取运动模型的过程中，通过获取同步机和双馈风电机组的输出功率方程，并进行线性化处理，构建同步机与多台双馈风电机组进行联轴耦合时的转子运动方程；
[0009]根据输出功率方程和转子运动方程，构建运动模型。
[0010]优选地，在构建运动模型的过程中，输出功率方程表示为：
[0011][0012]其中，U
g
，U0和U
i
分别为同步机SG，参考电机G0和第i台虚拟同步风电机组DFIG
i
的节点电压；X
g0
，X
0i
和X
gi
分别为SG与G0，DFIG
i
以及G0和DFIG
i
之间的阻抗；δ
i
为DFIG
i
的功角；δ
g
，δ0分别为SG和G0功角；P
g
，P
wi
分别为SG和DFIG
i
的电磁功率；
[0013]优选地，在构建运动模型的过程中，
[0014]转子运动方程表示为：
[0015][0016]优选地，在获取功角耦合关系的过程中，通过引入放大环节k，获取所述双馈风电机组的输出功率变化量，并根据参考风电机组的输出功率变化量，通过调整所述放大环节k，使得所述双馈风电机组与所述参考风电机组的功率一致性响应，获取一致性附加刚度ΔK
gwi_co
；
[0017]根据所述一致性附加刚度ΔK
gwi_co
，获取虚拟刚度系数ΔK
gwi
，通过获取系统中同步机的角频率积分作为功率的反馈值，建立所述同步机与VSG功角信号的所述功角耦合关系。
[0018]优选地，在建立功角耦合关系的过程中，双馈风电机组的输出功率变化量表示为：
[0019][0020]式中，ΔP
w2
为双馈风电机组的输出功率变化量；Δω2和Δω
g
分别为双馈风电机组和系统的角频率变化量；Kw2、Kgw2分别为所需一致性响应双馈风电机组与系统间的刚度，以及与同步机SG之间的联轴刚度，s代表微分算子；
[0021]功率一致性响应表示为：
[0022]K
gwi
＝K
wn
‑
K
wi
+K
gwn
[0023]k＝K
gwn
/(K
wn
‑
K
wi
+K
gwn
)
[0024]式中，K
wn
、K
gwn
分别为一致性响应所参考风电机组与系统间的刚度及与SG间的联轴刚度；
[0025]一致性附加刚度ΔK
gwi_co
表示为：
[0026]ΔK
gwi_co
＝K
gwi0
‑
K
wn
‑
K
wi
+K
gwn
[0027]式中，K
gwi0
表示风电机组的联轴刚度初始值；
[0028]反馈值表示为：
[0029]ΔP
ew
＝∫
‑
K
gwi
(ω
g
‑
ω
g0
)dt+K
gwi
(Δδ
w
‑
Δδ
w0
)
[0030]其中，ω
g0
为系统角频率的初始值；Δδ
w
，Δδ
w0
分别风机功角的变化量和变化量的
初始值。
[0031]优选地，在获取系统振荡评价函数的过程中，采集系统功率扰动为周期性扰动，获取同步机在周期性扰动时的功角δ
g
；
[0032]基于功角δ
g
，通过获取全局内功角|δ
g
|的峰值及振幅，构建系统振荡评价函数，其中，系统振荡评价函数表示为：
[0033][0034]式中，J为抑制共振峰值的评价函数；I为各峰值偏差为最小的评价函数。
[0035]优选地，在获取同步机在周期性扰动时的功角δ
g
的过程中，同步机在周期性扰动时的功角δ
g
的表达式为：
[0036][0037]式中，Ω
i2
＝K
gwi
/M
i
；ξ
i
＝D
pi
/4Ω
i
M
i
；μ
i
＝M
i
/M
g
；α
i
＝K
wi
/K
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于双馈风电场的多联轴协调优化功率振荡抑制方法，其特征在于，所述双馈风电场用于表示具有双馈风电机组的两自由度风力发电系统，包括以下步骤：对所述双馈风电机组进行虚拟同步控制，获取同步机与多台所述双馈风电机组进行联轴耦合后的耦合系统的运动模型，其中，所述双馈风电机组之间至少具备一种不同的电气距离；基于所述耦合系统运动模型，通过获取所述同步机与VSG功角信号的功角耦合关系，以及所述双馈风电场的网络拓扑参数，获取系统振荡评价函数；基于所述系统振荡评价函数，通过对虚拟刚度、阻尼和惯量参数进行拟合，并根据所述功角耦合关系，通过更新双馈风电机组的功角抑制所述耦合系统的功率振荡，对多台所述双馈风电机组进行柔性联轴控制。2.根据权利要求1所述一种用于双馈风电场的多联轴协调优化功率振荡抑制方法，其特征在于：在获取所述运动模型的过程中，通过获取所述同步机和所述双馈风电机组的输出功率方程，并进行线性化处理，构建所述同步机与多台所述双馈风电机组进行联轴耦合时的转子运动方程；根据所述输出功率方程和所述转子运动方程，构建所述运动模型；所述输出功率方程表示为：其中，U
g
，U0和U
i
分别为同步机SG，参考电机G0和第i台虚拟同步风电机组DFIG
i
的节点电压；X
g0
，X
0i
和X
gi
分别为SG与G0，DFIG
i
以及G0和DFIG
i
之间的阻抗；δ
i
为DFIG
i
的功角；δ
g
，δ0分别为SG和G0功角；P
g
，P
wi
分别为SG和DFIG
i
的电磁功率；所述转子运动方程表示为：3.根据权利要求2所述一种用于双馈风电场的多联轴协调优化功率振荡抑制方法，其特征在于：在获取功角耦合关系的过程中，通过引入放大环节k，获取所述双馈风电机组的输出功率变化量，并根据参考风电机组的输出功率变化量，通过调整所述放大环节k，使得所述双馈风电机组与所述参考风电机组的功率一致性响应，获取一致性附加刚度ΔK
gwi_co
；根据所述一致性附加刚度ΔK
gwi_co
，获取虚拟刚度系数ΔK
gwi
，通过获取系统中同步机的角频率积分作为功率的反馈值，建立所述同步机与VSG功角信号的所述功角耦合关系。4.根据权利要求3所述一种用于双馈风电场的多联轴协调优化功率振荡抑制方法，其
特征在于：在建立所述功角耦合关系的过程中，所述双馈风电机组的输出功率变化量表示为：式中，ΔP
w2
为双馈风电机组的输出功率变化量；Δω2和Δω
g
分别为双馈风电机组和系统的角频率变化量；Kw2、Kgw2分别为所需一致性响应双馈风电机组与系统间的刚度，以及与同步机SG之间的联轴刚度，s代表微分算子；所述功率一致性响应表示为：K
gwi
＝K
wn
‑
K
wi
+K
gwn
k＝K
gwn
/(K
wn
‑
K
wi
+K
gwn
)式中，K
wn
、K
gwn
分别为一致性响应所参考风电机组与系统间的刚度及与SG间的联轴刚度；所述一致性附加刚度ΔK
gwi_co
表示为：ΔK
gwi_co
＝K
gwi0
‑
K
wn
‑
K
wi
+K
gwn
式中，K
gwi0
表示风电机组的联轴刚度初始值；所述反馈值表示为：ΔP
ew
＝∫
‑
K
gwi
(
ωg
‑
ω
g0
)dt+K
gwi
(Δδ
w
‑
Δδ
w0
)其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祥宇，刘华志，付媛，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：