一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法及系统，包括以下步骤：获取故障发生时，电网频率和母线电压分别与基准值之间的偏差值；基于获取的偏差值建立状态空间方程，通过状态方程获取初步控制量，基于状态空间方程建立代价函数，基于控制量和代价函数获取控制矩阵，通过控制矩阵获取调控所需的最终控制量，通过状态方程计算在频率电压发生变化时调节风电场的有功功率输出和无功功率输出，同时控制频率和电压，实现了电网频率和母线电压的协同控制，通过代价函数计算最优控制输入，避免由于不同步导致的控制误差，提高了调控的精准度，增强了电力系统运行的稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法及系统


[0001]本专利技术属于新能源电压控制
，涉及一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法及系统。

技术介绍

[0002]在风电场，当高压直流输电系统系统发生直流闭锁故障时，高压直流输电线路输送的有功功率瞬间被切断，送端电网的有功功率盈余，导致频率升高，消耗大量无功功率的变流器也被切除，多余的无功功率无法被立刻消除，导致母线电压升高，而新能源电站逐渐渗透到电网中，参与电力系统的频率和电压调整。
[0003]现有的控制策略通常是对于频率和电压的单独控制，这种调控方法的协同性查，控制时间较长，控制的误差大，影响电力系统运行的稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中对电压和频率进行控制时无法单独调控，导致控制时间较长，控制的误差大的问题，提供一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法及系统。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1：获取故障发生时，电网频率和母线电压分别与基准值之间的偏差值；
[0008]S2：基于获取的偏差值建立状态空间方程，通过状态方程获取初步控制量，基于状态空间方程建立代价函数，基于初步控制量和代价函数获取控制矩阵，
[0009]S3：通过控制矩阵获取调控所需的最终控制量。
[0010]本专利技术的进一步改进在于：
[0011]所述步骤S1中，所述状态空间方程包括电力系统的摆动方程和电压灵敏度模型。
[0012]所述电力系统的摆动方程通过公式(1)建立：
[0013][0014]所述电压灵敏度模型通过公式(2)建立：
[0015][0016]式中，H表示系统惯性常数，f
n
表示额定频率，f表示当前电网频率，t表示时间，P
G
表示发电机发出的总有功功率，P
L
表示负荷消耗的总有功功率，P
W
表示风电场发出的有功功率；v
o
表示节点电压，v
o
[0]表示上一时刻的节点电压；ΔPw和ΔQw分别表示有功功率和无功功率的变化量。
[0017]所述步骤S2包括以下步骤：
[0018]将建立的电力系统的摆动方程和电压灵敏度模型转化成对于步骤S1中标准值的偏差形式：
[0019][0020]式中，Δx
k
表示状态变量，Δu
k
表示控制输入，f表示扰动，y
k
表示控制输出，y
ref
表示y的基准值，A、B和C均为状态空间方程的系数矩阵。
[0021]所述公式(3)的物理量形式通过公式(4)表达：
[0022][0023][0024]式中，T
s
表示采样时间；下标k表示当前时刻的物理量；下标k
‑
1表示上一时刻；下标k
‑
1表示下一时刻的物理量；Δx
k+1
表示下一个时刻的Δx
k
；y
k+1
表示下一时刻的y
k
值；P
ref
表示风电场有功功率的基准值；ΔP
w,k
和ΔQ
w,k
分别表示有功功率和无功功率在k时刻的变化量；ΔP
w,k
‑1和ΔQ
w,k
‑1分别表示有功功率和无功功率在k
‑
1时刻的变化量。
[0025]所述代价函数通过公式(6)表达：
[0026][0027]其中，Q和R是加权矩阵，其形式为：
[0028][0029]式中，q1表示对电网频率偏离量Δf
k
的重视程度；q2表示对母线电压偏离量Δv
k
的重视程度；r1表示风电场机组有功功率输出相对初值的变化量ΔP
W,k
的权重；r2表示对风电场机组无功功率输出相对初值的变化量ΔQ
W,k
的权重；r1和r2均为固定值。
[0030]所述步骤S3包括以下步骤：
[0031]所述控制量Δu
k
与状态量Δx
k
之间的关系通过公式(8)表达：
[0032]Δu
k
＝
‑
KΔx
k (8)
[0033]式中，K表示控制矩阵，Δx
k
表示状态量。
[0034]一种风电场频率和电压协同的二次调优控制系统，包括故障获取模块、控制矩阵计算模块和控制量计算模块；
[0035]故障获取模块，获取故障发生时，电网频率和母线电压分别与基准值之间的偏差值；
[0036]控制矩阵计算模块，用于基于获取的偏差值建立状态空间方程，通过状态方程获取初步控制量，基于状态空间方程建立代价函数，基于控制量和代价函数获取控制矩阵，
[0037]控制量计算模块，用于通过控制矩阵获取调控所需的最终控制量。
[0038]一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本专利技术任一项所述方法的步骤。
[0039]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本专利技术任一项所述方法的步骤。
[0040]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0041]本专利技术公开了一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法，包括当发生故障是，会分别采取电网频率和母线电压与基准值之间的偏差值，然后根据偏差值建立状态空间方程，计算在频率电压发生变化时调节风电场的有功功率输出和无功功率输出，同时控制频率和电压，实现了电网频率和母线电压的协同控制，与单独控制相比，在发生故障时进行同时调整，提高了调节的协同性，缩短了调节时间，同时根据控制目标量和状态空间方程建立代价函数，通过代价函数计算最优控制输入，避免由于不同步导致的控制误差，提高了调控的精准度，增强了电力系统运行的稳定性。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0043]图1为本专利技术的控制系统示意图。
具体实施方式
[0044]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取故障发生时，电网频率和母线电压分别与基准值之间的偏差值；S2：基于获取的偏差值建立状态空间方程，通过状态方程获取初步控制量，基于状态空间方程建立代价函数，基于初步控制量和代价函数获取控制矩阵，S3：通过控制矩阵获取调控所需的最终控制量。2.根据权利要求1所述的一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述状态空间方程包括电力系统的摆动方程和电压灵敏度模型。3.根据权利要求2所述的一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法，其特征在于，所述电力系统的摆动方程通过公式(1)建立：所述电压灵敏度模型通过公式(2)建立：式中，H表示系统惯性常数，f
n
表示额定频率，f表示当前电网频率，t表示时间，P
G
表示发电机发出的总有功功率，P
L
表示负荷消耗的总有功功率，P
W
表示风电场发出的有功功率；v
o
表示节点电压，v
o
[0]表示上一时刻的节点电压；ΔPw和ΔQw分别表示有功功率和无功功率的变化量。4.根据权利要求3所述的一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：将建立的电力系统的摆动方程和电压灵敏度模型转化成对于步骤S1中标准值的偏差形式：式中，Δx
k
表示状态变量，Δu
k
表示控制输入，f表示扰动，y
k
表示控制输出，y
ref
表示y的基准值，A、B和C均为状态空间方程的系数矩阵。5.根据权利要求4所述的一种风电场频率和电压协同的二次调优控制方法，其特征在于，所述公式(3)的物理量形式通过公式(4)表达：
式中，T
s
表示采样时间；下标k表示当前时刻的物理量；下标k
‑
1表示上一时刻；下标k
‑
1表示下一时刻的物理量；Δx
k+1
表示下一个时刻的Δx
k
；y
k+1
表示下一时刻的y
k
值；P
ref...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华，李旭东，张青蕾，东琦，闫逸辰，寇鹏，熊尉辰，程子月，王妍心，朱超，王若谷，刘娇健，
申请(专利权)人：国网陕西省电力有限公司西安交通大学国网西安环保技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：