一种双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法，该抑制方法所采用的系统在双馈风电机组的网侧变流器的d轴和q轴分别串接附加阻尼控制器；步骤如下：通过经验模态分解算法对采样信号进行滤波处理，得到消除噪声干扰后的去噪采样信号；使用TLS

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法


[0001]本专利技术属于电力系统
，具体地说是一种通过EMD和TLS
‑
Prony算法辨识振荡模态并使用附加阻尼控制器抑制振荡的双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法。

技术介绍

[0002]在全球能源与环境危机日益严重的背景下，风力发电在我国得到大规模发展。由于我国风力资源与负荷中心往往逆向分布，使得大容量、长距离输电成为必然趋势。固定串补是远距离输电中提高线路输电能力的关键手段，但由其引发的电力系统次同步振荡严重阻碍了风电技术的发展，成为电气界亟需解决的新问题。
[0003]双馈风机次同步振荡模态的准确辨识，是解决实际系统中次同步振荡问题的关键。当前，较为常用的辨识方法有Prony算法、特征值法以及快速傅里叶变换法等。Prony算法通过复指数函数的线性组合来拟合等间隔采样数据，进而分析出信号的幅值、频率和衰减因子等信息，曾广泛用于电力系统低频振荡分析。通过Prony算法来辨识系统模态，也是分析次同步振荡模式的有效方法之一。而如何提高噪声干扰下Prony算法的辨识精度则是当下次同步振荡模态分析中值得研究的重点问题。
[0004]在次同步振荡的抑制方法上，已有研究主要通过投入柔性交流输电系统以及在风机控制系统中装设附加阻尼控制器来抑制振荡。由于柔性交流输电系统成本较高，维护较困难，因此多采用附加阻尼控制器来抑制双馈风电机组中可能发生的次同步振荡。在附加阻尼控制器的设计上，一般选择电流或转速作为附加阻尼控制器的输入控制信号，并将其安装在转子侧/网侧变流器的控制环中，以此抑制次同步振荡。目前通过附加阻尼抑制双馈风机次同步振荡的方法逐渐成熟，但在控制器结构、最佳输入信号的选取及控制参数的设计与优化等方面仍有待研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种通过EMD和TLS
‑
Prony算法辨识振荡模态并使用附加阻尼控制器抑制振荡的双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法；该抑制方法使用经验模态分解法(EMD)作为滤波手段，以提高Prony算法的辨识精度；在进行Prony拟合过程中，用总最小二乘法TLS代替最小二乘法求解，提高计算结果的准确度；以串补电容电压为反馈输入信号，设计网侧附加阻尼控制器，有效改善系统负阻尼特性。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案解决的：
[0007]一种双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于：该抑制方法所采用的系统在双馈风电机组的网侧变流器的d轴和q轴分别串接附加阻尼控制器；该抑制方法步骤如下：
[0008]S1、通过经验模态分解法对采样信号进行滤波处理，得到消除噪声干扰后的去噪
采样信号；
[0009]S2、使用TLS
‑
Prony算法计算去噪采样信号的模态参数，辨识出双馈风电机组次同步振荡模态；
[0010]S3、若双馈风电机组出现显著的次同步振荡现象，根据双馈风电机组发生次同步振荡时的负阻尼特性，以串补电容电压为反馈输入信号，确定附加阻尼控制器的控制参数；
[0011]S4、采用附加阻尼控制器调制网侧变流器的输出电压，实现双馈风电机组串补并网系统次同步振荡的抑制。
[0012]所述的附加阻尼控制器包括输入信号串补电容电压V
C
的控制器、abc/dq轴坐标转换器、高通滤波器HPF、可变增益K。
[0013]所述步骤S1中的经验模态分解法的方法为：采用信号经经验模态分解法分解含噪信号后，将分解后得到的各IMF分量进行阈值去噪处理；再把去噪后的各IMF分量重新叠加拟合，得到一个新的去噪采样信号。
[0014]所述的经验模态分解法的降噪实现过程如下：
[0015]将给定振荡信号s(t)的上下包络线取平均值，记作m(t)；再将s(t)与m(t)做差得到信号c(t)，在满足一定条件时，认为分离出的信号c(t)是由原信号s(t)分解得到的一个本征模态函数IMF分量；用s(t)减去分离出的IMF分量c(t)得到h(t)，将h(t)视为新的s(t)并对其重复前述过程，依次可以得到数个IMF分量和一个剩余分量r(t)，这样就完成了对振荡信号s(t)的EMD分解，如下式(1)：
[0016][0017]式(1)中，c
j
(t)为EMD分解得到的各IMF分量，这些分量包含了原信号的重要特征；r(t)为剩余分量，包含非原信号的特征，如噪声。
[0018]一定条件是指IMF分量需要满足的条件，包括：
①
其极值点和过零点的数目应该相等或至多差1；
②
分别连接其局部极大值和局部极小值所形成的两条包络线的均值在任意点处为0，即信号关于时间轴局部对称。
[0019]所述步骤S2中模态参数包括幅值、频率、相位和衰减因子。
[0020]在求解线性方程Ax＝b时，传统的最小二乘法认为向量b受到了噪声的污染，而矩阵A中是无噪声的；但在实际电力系统中，一般认为矩阵A和向量b中均存在一定的噪声干扰；因此，通过Prony算法辨识双馈风电机组模态时，在求解过程中用TLS代替最小二乘法，降低矩阵A中存在的扰动对计算结果的影响。
[0021]所述步骤S2中的使用TLS
‑
Prony算法计算去噪采样信号的模态参数的具体过程为：
[0022]1)建立差分方程，求出给定辨识信号与近似信号的最小误差函数；
[0023]假设给定信号是由一系列指数函数构成的线性组合，则其在时刻m的拟合函数形式如式(2)所示：
[0024][0025]式(2)中，p为给定阶数，且有式(3)：
[0026][0027]式(3)中，A
i
，θ
i
，α
i
，f
i
分别为信号幅值、初相、衰减因子和频率，Δt为采样间隔；
[0028]通过TLS
‑
Prony算法对给定信号进行拟合，关键点在于求常系数线性差分方程的齐次解；经一系列变换构造的差分方程式(4)如下所示：
[0029][0030]实际测量信号y(N)为近似值与误差之和，如式(5)：
[0031][0032]将式(4)代入式(5)可得式(6)：
[0033][0034]2)采用TLS算法使误差的取值最小，由式(7)、(8)求得TLS解：
[0035]定义增广矩阵C为[A，b]，对矩阵C进行奇异值分解可得：
[0036]C＝U∑V
H
[0037]式中，U、V——左、右奇异向量矩阵，且二者均为正交矩阵；Σ——矩阵C的奇异值，为diag(σ1,
…
,σ
g+1
)。矩阵V的结构如式(7)：
[0038][0039]当v
(g+1),(g+1)
≠0时，可求得TLS算法下的解为式(8)：
[0040][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于：该抑制方法所采用的系统在双馈风电机组的网侧变流器的d轴和q轴分别串接附加阻尼控制器；该抑制方法步骤如下：S1、通过经验模态分解法对采样信号进行滤波处理，得到消除噪声干扰后的去噪采样信号；S2、使用TLS
‑
Prony算法计算去噪采样信号的模态参数，辨识出双馈风电机组次同步振荡模态；S3、根据双馈风电机组发生次同步振荡时的负阻尼特性，以串补电容电压为反馈输入信号，确定附加阻尼控制器的控制参数；S4、采用附加阻尼控制器调制网侧变流器的输出电压，实现双馈风电机组串补并网系统次同步振荡的抑制。2.根据权利要求1所述的双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于：所述的附加阻尼控制器包括输入信号串补电容电压V
C
的控制器、abc/dq轴坐标转换器、高通滤波器HPF、可变增益K。3.根据权利要求1或2所述的双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤S1中的经验模态分解法的方法为：采用信号经经验模态分解法分解含噪信号后，将分解后得到的各IMF分量进行阈值去噪处理；再把去噪后的各IMF分量重新叠加拟合，得到一个新的去噪采样信号。4.根据权利要求3所述的双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于：所述的经验模态分解法的降噪实现过程如下：将给定振荡信号s(t)的上下包络线取平均值，记作m(t)；再将s(t)与m(t)做差得到信号c(t)，在满足一定条件时，认为分离出的信号c(t)是由原信号s(t)分解得到的一个本征模态函数IMF分量；用s(t)减去分离出的IMF分量c(t)得到h(t)，将h(t)视为新的s(t)并对其重复前述过程，依次可以得到数个IMF分量和一个剩余分量r(t)，这样就完成了对振荡信号s(t)的EMD分解，如下式(1)：式(1)中，c
j
(t)为EMD分解得到的各IMF分量，这些分量包含了原信号的重要特征；r(t)为剩余分量，包含非原信号的特征。5.根据权利要求1所述的双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤S2中模态参数包括幅值、频率、相位和衰减因子。6.根据权利要求1或5所述的双馈风电机组串补并网系统次同步振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤S2中的使用TLS
‑
Prony算法计算去噪采样信号的模态参数的具体过程为：1)建立差分方程，求出给定辨识信号与近似信号的最小误差函数；假设给定信号是由一系列指数函数构成的线性组合，则其在时刻m的拟合函数形式如式(2)所示：
式(2)中，p为给定阶数，且有式(3)：式(3)中，A
i
，θ
i
，α
i
，f
i
分别为信号幅值、初相、衰减因子和频率，Δt为采样间隔；通过TLS
‑
Prony算法对给定信号进行拟合，关键点在于求常系数线性差分方程的齐次解；经一系列变换构造的差分方程式(4)如下所示：实际测量信号y(N)为近似值与误差之和，如式(5)：将式(4)代入式(5)可得式(6)：2)采用TLS算法使误差的取值最小，由式(7)、(8)求得TLS解：定义增广矩阵C为[A，b]，对矩阵C进行奇异值分解可得：C＝U∑V
H
式中，U、V——左、右奇异向量矩阵，且二者均为正交矩阵；Σ——矩阵C的奇异值，为diag(σ1,
…
,σ
g+1
)。矩阵V的结构如式(7)：当v
(g+1),(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘克天，胡新宇，李军，李想，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：