考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，属于电力系统暂态稳定控制领域，包括以下步骤：步骤1、根据双馈风机各端口节点的状态量，形成各自的暂态能量数学模型；步骤2、定义暂态能量变化率，评估系统稳定水平；步骤3、依据系统振荡时，各部分暂态能量变化率对系统阻尼贡献程度的不同，筛选出关键部分，创建附加能量控制支路产生阻尼抑制；步骤4、设计目标优化函数，设置模糊控制器，实现关键参数自适应变化；该考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，可以根据系统受到扰动的情况自适应改变参数设置，产生的有源阻尼能够有效抑制次同步振荡，提高了双馈风机并网系统的暂态稳定性。提高了双馈风机并网系统的暂态稳定性。提高了双馈风机并网系统的暂态稳定性。

【技术实现步骤摘要】
考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法


[0001]本专利技术属于电力系统暂态稳定控制领域，具体涉及双馈风机次同步振荡抑制方法。

技术介绍

[0002]随着高比例新能源发电和高比例电力电子设备接入的“双高”电力系统发展，势必将带来越来越多的稳定性问题。目前新能源发电中风力发电的比重逐年提升，越来越多的大规模海上风力发电项目建成落地。双馈式风机由于建造成本低单体容量大，逐渐成为风力发电设备的主力，但因其与电力电子设备的强耦合关系、与串联补偿电网的互相作用，往往带来次同步振荡问题。
[0003]电力系统振荡问题是小干扰稳定分析的重点内容，也是当下系统安全的主要威胁之一。目前电网发生的振荡事故除了传统的低频振荡，更多的是因串联补偿或者电力电子设备带来的次同步振荡。次同步振荡已经成为威胁电力系统安全稳定运行的突出问题，亟需技术革新来判断振荡源以及制定振荡发生后有效的抑制措施。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，以解决双馈风机并网运行时对产生的次同步振荡能够主动采取有效的自适应抑制的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，包括以下步骤：步骤1、根据双馈风机各端口节点的状态量，形成各自的暂态能量数学模型；步骤2、定义暂态能量变化率，评估系统稳定水平；步骤3、依据系统振荡时，各部分暂态能量变化率对系统阻尼贡献程度的不同，筛选出关键部分，创建附加能量控制支路产生阻尼抑制；步骤4、设计目标优化函数，设置模糊控制器，实现关键参数自适应变化。
[0006]优选的，步骤1中，所述依据节点电流电压方程，选取双馈风机各端口状态量构建各自暂态能量数学模型；其中，采用瞬时值分析的暂态能量流如下：，式中：为支路流经的电流；表示节点的电压，坐标为坐标系, 为求解括号内复数的虚部；为支路流经电流的共轭复数，其中为求复数共轭的数学符号；为支路流经电流在坐标下的值；为支路流经电流在坐标下的值；为
支路流经电压在坐标下的值；为支路流经电压在坐标下的值。
[0007]其中暂态能量流的计算，基于节点电压方程以及双馈风机拓扑结构，构造双馈风机能量系统方程：，式中：为节点导纳矩阵；为各节点电压；表示发电机节点注入电流；为负荷节点注入电流。
[0008]优选的，双馈风机发生次同步振荡一般为采用串联补偿的电路拓扑，且大电网电压始终保持不变，电压变化率为0，可以认为其能量为基准零点，此时系统总能量将由双馈风机与形成的串联补偿电路共同组成，结合上述公式进行推导，系统能量为：，式中：分别为双馈风机系统和串联补偿线路产生的暂态能量；为常数；和表示第台双馈风机的端口电流和端口电压；和分别为双馈风机端口电压电流的轴分量；双馈风机有功功率输出；为双馈风机功角；为双馈风机转子角速度轴分量；为串联补偿线路的电容值；为串联补偿线路的电抗值；为双馈风机端口电压值。
[0009]优选的，步骤1中，基于李雅普诺夫稳定性判据，双馈风机发生次同步振荡时暂态能量瞬时变化可定义为：；式中：为双馈风机系统产生的暂态能量变化量；和分别为双馈风机端口电流电压变化量的轴分量；为双馈风机有功输出变化量；为双馈风机功角变化量。
[0010]优选的，步骤2中，暂态能量变化率依据上述对于暂态能量变化量的关系定义，将双馈风机暂态能量变化量关于时间导数定义为暂态能量变化率，其表达式为：；式中：为双馈风机系统产生的暂态能量变化量；为时间。
[0011]依据暂态能量变化率判断系统稳定性，当时，双馈风机端口能量逐渐减少
至最低点，系统稳定且收敛，当时，暂态能量释放和消耗达到平衡，系统处于临界稳定状态，当时，双馈风机端口能量逐渐增大至发散，系统失稳。
[0012]优选的，步骤3中，依据系统拓扑结构划分暂态能量流通通路，分别判断计算各自能量对能量变化率的影响，筛选出关键部分。
[0013]其中，对支路的划分为有功控制支路和无功控制支路，结合风机线性化模型以及能量推导过程以及双馈风机能量同时受到dq轴电压电流以及转子侧有功相角的双重影响，再次划分为四条支路。
[0014]优选的，每条支路的暂态能量变化率计算需要假定双馈风机定子磁链恒定，不考虑定子电阻，联立双馈风机dq坐标下定转子电压磁链方程，得出振荡发生时双馈风机转子电压电流变化量为：，式中：分别为双馈风机转子电压轴分量变化量；分别为双馈风机定子电流轴分量变化量；分别为双馈风机转子电流轴分量变化量；分别为定子、转子等效自感；为定转子之间互感；为双馈风机的转差角速度。
[0015]优选的，通过上述公式的迭代推导，分别计算各支路的暂态能量变化率，分别为、，通过判断表达式符号来判断该支路对系统作用的正负。
[0016]如图3所示，由此得出结论：受无功控制影响的支路对振荡的贡献度较小，而与其他支路的耦合复杂度不适用于附加能量补偿支路的设计以产生阻尼抑制作用，故筛选出支路有助于降低系统暂态能量变化率，提升系统稳定性，其表达式为：，式中：，其中为工频转子角速度，为次同步振荡扰动下转子角速度；为转速基准值；为定子电压幅值；为虚拟阻尼系数；为虚拟惯量时间常数；为扰动电流幅值；为转子电流轴稳态分量；为虚拟电阻；分别为定子等效自感和定转子之间互感。
[0017]优选的，步骤4中，设计目标优化函数，其附加能量阻尼支路的表达式为：，式中：为转子电压相角变化量；为转速基准值；为虚拟阻尼系数；为虚拟惯量时间常数；双馈风机定子有功变化量；为附加能量支路的控制参数；此时对应的暂态能量变化率表示为：，式中：，其中为工频转子角速度，为次同步振荡扰动下转子角速度；为转速基准值；为定子电压幅值；为虚拟阻尼系数；为虚拟惯量时间常数；为扰动电流幅值；为转子电流轴稳态分量；为虚拟电阻；分别为定子等效自感和定转子之间互感；为附加能量支路的控制参数；为公式拉氏变换后的变量，引入附加能量支路控制后有功功率支路控制方程为：，式中：为转子电压相角；为双馈风机虚拟定子角速度；为双馈风机转子角速度；为转速基准值；为附加能量支路的控制参数；双馈风机定子有功。
[0018]优选的，步骤4中，附加能量支路有功功率控制框图。依据附加能量支路对双馈风机次同步振荡的阻尼作用，需要进行控制参数的合理设置。所述构建模糊控制器的步骤包括：模糊化步骤：将补偿支路控制参数的基本论域设置为[
‑
1，1]；将输出变量的变化范围设置为[
‑
1，1]，通过定义隶属度函数可将输入输出转化为模糊变量，所述隶属度函数使用三角形和S型隶属度函数，将量化后的输入输出划分为五个等级：NL表示负大、NS表示负小、ZO表示零、PS表示正小、PL表示正大；模糊推理步骤：根据模糊控制规律以及输入输出隶属度函数，设计基于Mamdani型的模糊规则；反模糊化步骤；使用重心法对输出进行反模糊化处理，得到该支路暂态能量变化率。
[0019]本专利技术的技术效果和优点：1）该考虑暂态能量的双馈风机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、根据双馈风机各端口节点的状态量，形成各自的暂态能量数学模型；步骤2、定义暂态能量变化率，评估系统稳定水平；步骤3、依据系统振荡时，各部分暂态能量变化率对系统阻尼贡献程度的不同，筛选出关键部分，创建附加能量控制支路产生阻尼抑制；步骤4、设计目标优化函数，设置模糊控制器，实现关键参数自适应变化。2.根据权利要求1所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：步骤1中，依据节点电流电压方程，选取双馈风机各端口状态量构建各自暂态能量数学模型；其中，采用瞬时值分析的暂态能量流如下：，式中：为支路流经的电流；表示节点的电压，坐标为坐标系, 为求解括号内复数的虚部：为支路流经电流的共轭复数，其中为求复数共轭的数学符号；为支路流经电流在坐标下的值；为支路流经电流在坐标下的值：为支路流经电压在坐标下的值；为支路流经电压在坐标下的值。3.根据权利要求2所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：其中暂态能量流的计算，基于节点电压方程以及双馈风机拓扑结构，构造双馈风机能量系统方程：，式中：为节点导纳矩阵；为各节点电压；表示发电机节点注入电流；为负荷节点注入电流。4.根据权利要求3所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：双馈风机发生次同步振荡一般为采用串联补偿的电路拓扑，且大电网电压始终保持不变，电压变化率为0，认为其能量为基准零点，此时系统总能量将由双馈风机与形成的串联补偿电路共同组成，结合上述公式进行推导，系统能量为：，式中：分别为双馈风机系统和串联补偿线路产生的暂态能量；为常数；和表示第台双馈风机的端口电流和端口电压；和分别为双馈风机端口电
压电流的轴分量；双馈风机有功功率输出；为双馈风机功角；为双馈风机转子角速度轴分量；为串联补偿线路的电容值；为串联补偿线路的电抗值；为双馈风机端口电压值。5.根据权利要求4所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：基于李雅普诺夫稳定性判据，双馈风机发生次同步振荡时暂态能量瞬时变化定义为：；式中：为双馈风机系统产生的暂态能量变化量；和分别为双馈风机端口电流电压变化量的轴分量；为双馈风机有功输出变化量；为双馈风机功角变化量。6.根据权利要求1所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：步骤2中，暂态能量变化率依据上述对于暂态能量变化量的关系定义，将双...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浩然，周吉，钱俊良，
申请(专利权)人：东南大学溧阳研究院，
类型：发明
国别省市：