基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法，该方法为：采用动态相量法对可控串补进行数学建模，利用动态向量法的原理及微分特性，以TCSC的电容电压和TCR支路的电感电流做为状态变量进行建模，得到可控串补的动态相量模型；设计线性自抗扰TCSC控制器：将线性自抗扰控制原理应用到可控串补的动态相量模型改变串补度，以输电线路上的功率作为输入量，分别设计线性自抗扰TCSC控制器的线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈律，来控制可控串补的串补度；在双馈风电场并网系统中，利用基于线性自抗扰控制策略的TCSC对振荡进行抑制。本发明专利技术提高了双馈风电场并网系统在发生小扰动和大扰动时的稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法


[0001]本专利技术涉及电力系统稳定分析与控制
，具体涉及一种基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法。

技术介绍

[0002]近几年来，作为环境友好型可再生能源的风力发电，其装机容量逐年上升，但风电在达到能量最大化利用以及灵活输出的同时，也给电网的稳定运行带来严峻挑战。由于其具有比传统发电系统复杂的动态特性，使风电并入电网出现严重的次同步振荡现象。风电并网的发展进程受到影响，甚至电力系统的稳定运行也受到威胁。因此，迫切需要研究风机并网对系统稳定性的影响以及抑制其负面影响的可行措施。
[0003]传统的通过调节可控串补抑制次同步振荡措施有两种：一种通过调节晶闸管的导通角使TCSC在次同步频率下呈感性可以从根本上消除次同步谐振的问题，但会使晶闸管导通角的调节范围受限，使TCSC阻抗在工频时无法正常调节，进而影响其对线路输送能力的提高；一种是利用TCSC在次同步频率下呈现正电阻特性只能缓解次同步谐振的问题，而无法从根本上消除。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种应用于双馈风电场并网系统的基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、采用动态相量法对可控串补进行数学建模，利用动态向量法的原理及微分特性，以TCSC的电容电压u
C
和TCR支路的电感电流i
L
做为状态变量进行建模，得到可控串补的动态相量模型；其中TCSC为可控串联补偿装置，TCR为晶闸管可控电抗器；
[0007]步骤2、设计线性自抗扰TCSC控制器：将线性自抗扰控制原理应用到可控串补的动态相量模型改变串补度，以输电线路上的功率作为输入量，分别设计线性自抗扰TCSC控制器的线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈律，来控制可控串补的串补度；
[0008]步骤3、在双馈风电场并网系统中，给系统设置负荷波动、短路故障，利用步骤2所得基于线性自抗扰控制策略的TCSC对振荡进行抑制。
[0009]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)通过对可控串补的串补度进行调节，提高了双馈风电场并网系统在发生小扰动和大扰动时的稳定性；(2)可对次同步扰动和外界扰动构成的总扰动进行估计和补偿，有很强的鲁棒性和适应性；(3)通过改进TCSC自身控制实现次同步振荡现象的抑制，不需要再另外添加装置。
附图说明
[0010]图1为本专利技术基于线性自抗扰控制的可控串补次同步振荡抑制方法的控制策略
图。
[0011]图2为依据线性自抗扰TCSC控制策略搭建的仿真控制器结构图。
[0012]图3为本专利技术实施例抑制次同步振荡的应用系统结构图。
[0013]图4为负荷波动时采用传统TCSC控制与LADRC
‑
TCSC时同步机系统机间功角的变化对比图。
[0014]图5为负荷波动时采用传统TCSC与LADRC
‑
TCSC时并网节点6处的电压变化对比图。
[0015]图6为负荷波动时采用传统TCSC与LADRC
‑
TCSC时串补线路上的功率的变化对比图。
[0016]图7为短路时采用传统TCSC控制与LADRC
‑
TCSC时同步机系统机间功角的变化对比图。
[0017]图8为短路时采用传统TCSC与LADRC
‑
TCSC时并网节点6处的电压变化对比图。
[0018]图9为短路时采用传统TCSC与LADRC
‑
TCSC时串补线路上的功率的变化对比图。
具体实施方式
[0019]本专利技术涉及一种基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法，包括以下步骤：
[0020]步骤1、采用动态相量法对可控串补进行数学建模，利用动态向量法的原理及微分特性，以TCSC的电容电压u
C
和TCR支路的电感电流i
L
做为状态变量进行建模，得到可控串补的动态相量模型；其中TCSC为可控串联补偿装置，TCR为晶闸管可控电抗器；
[0021]步骤2、设计线性自抗扰TCSC控制器：将线性自抗扰控制原理应用到可控串补的动态相量模型改变串补度，以输电线路上的功率作为输入量，分别设计线性自抗扰TCSC控制器的线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈律，来控制可控串补的串补度；
[0022]步骤3、在双馈风电场并网系统中，给系统设置负荷波动、短路故障，利用步骤2所得基于线性自抗扰控制策略的TCSC对振荡进行抑制。
[0023]作为一种具体示例，步骤1中，采用动态相量法对可控串补进行数学建模，具体为：
[0024]TCSC的一次主电路由一个固定电容C与TCR支路(晶闸管可控电抗器，电抗L与反并联晶闸管串联)并联而成。流过TCSC的电流为i
l
，流过TCR支路的电流为i
L
，电容C两端的电压为u
C
。
[0025]采用动态相量法对可控串补进行数学建模包含以下三个子步骤：
[0026]步骤11、以电容电压u
c
和TCR支路的电感电流i
L
做为状态变量，确定状态方程；
[0027]步骤12、针对状态方程，根据动态相量的微分特性得到用动态相量形式表示的TCSC状态方程，对动态相量下的TCSC状态方程进行降阶；
[0028]步骤13、将降阶后TCSC状态方程中的相量分解为实部与虚部的形式，得到可控串补的动态相量模型。
[0029]进一步地，所述步骤11具体为：
[0030]以电容电压u
c
和TCR支路的电感电流i
L
做为状态变量的状态方程写为：
[0031][0032]其中，q是晶闸管的状态函数，若晶闸管导通，q＝1，若关断则q＝0。
[0033]进一步地，所述步骤12具体为：
[0034]对式(1)应用动态相量的微分特性，得到用动态相量形式表示的TCSC状态方程为：
[0035][0036]其中，其中，U
c1
和I
L1
分别表示电容电压和TCR支路电感电流的基频动态相量；I
l
、ω分别表示流入TCSC的电流及对应的电流频率；
[0037]由于U
c1
相较于I
L1
的动态过程长，即进入准稳态较I
L1
慢，所以将I
L1
的动态过程看作由此得：：
[0038][0039]其中，L
eff
(σ)为TCR支路的晶闸管的导通角为σ时的等效电感；
[0040]对动态相量下的状态方程降阶，如下式所示：
[0041][0042]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采用动态相量法对可控串补进行数学建模，利用动态向量法的原理及微分特性，以TCSC的电容电压u
C
和TCR支路的电感电流i
L
做为状态变量进行建模，得到可控串补的动态相量模型；其中TCSC为可控串联补偿装置，TCR为晶闸管可控电抗器；步骤2、设计线性自抗扰TCSC控制器：将线性自抗扰控制原理应用到可控串补的动态相量模型改变串补度，以输电线路上的功率作为输入量，分别设计线性自抗扰TCSC控制器的线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈律，来控制可控串补的串补度；步骤3、在双馈风电场并网系统中，给系统设置负荷波动、短路故障，利用步骤2所得基于线性自抗扰控制策略的TCSC对振荡进行抑制。2.根据权利要求1所述的基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法，其特征在于，步骤1中，采用动态相量法对可控串补进行数学建模，具体如下：TCSC的一次主电路由一个固定电容C与TCR支路并联而成，TCR中电抗L与反并联晶闸管串联；流过TCSC的电流为i
l
，流过TCR支路的电流为i
L
，电容C两端的电压为u
C
；采用动态相量法对可控串补进行数学建模包含以下三个子步骤：步骤11、以电容电压u
c
和TCR支路的电感电流i
L
做为状态变量，确定状态方程；步骤12、针对状态方程，根据动态相量的微分特性得到用动态相量形式表示的TCSC状态方程，对动态相量下的TCSC状态方程进行降阶；步骤13、将降阶后TCSC状态方程中的相量分解为实部与虚部的形式，得到可控串补的动态相量模型。3.根据权利要求2所述的基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述步骤11具体为：以电容电压u
c
和TCR支路的电感电流i
L
做为状态变量的状态方程写为：其中，q是晶闸管的状态函数，若晶闸管导通，q＝1，若关断则q＝0。4.根据权利要求3所述的基于线性自抗扰控制策略的可控串补次同步振荡抑制方法，其特征在于，所述步骤12具体为：对状态方程应用动态相量的微分特性，得到用动态相量形式表示的TCSC状态方程：其中，U
c1
和I
L1
分别表示电容电压和TCR支路电感电流的基频动态相量；I
l
、ω分别表示流入TCSC的电流及对应的电流频率；由于U
c1
相较于I
L1
的动态过程长，即进入准稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝华，孙晓婷，蒋海峰，吕广强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：