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基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法

文檔序號:7422323閱讀:265來源:國知局
專利名稱:基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法,屬于新能源(風電)并網穩(wěn)定控制技術領域。
背景技術
電力系統(tǒng)附加阻尼控制的目標是提高系統(tǒng)的阻尼力矩,使系統(tǒng)遭受小擾動后不發(fā)生周期性振蕩失穩(wěn)。附加阻尼控制主要原理在電氣設備(同步發(fā)電機、高壓直流輸電設備、 柔性交流輸電設備、風電機組)上裝設阻尼控制器,使電氣設備能夠產生抑制系統(tǒng)低頻功率振蕩的阻尼力矩,提高系統(tǒng)所固有的動態(tài)穩(wěn)定性。風力發(fā)電作為一種新的電力能源,當大規(guī)模風電場接入電力系統(tǒng)時,將對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行產生重要影響。我國風資源主要分布在東北、西北、華北以及東南沿海地區(qū),大多遠離負荷中心,為了實現風電的消納,需要通過高壓輸電線路進行風電功率的遠距離傳輸。同時,由于風電功率的隨機波動性比較大,大型風電場將與水電或火電“捆綁”后聯合外送。這種混合輸電模式將具有以下特點(郝正航,余貽鑫,曾沅.改善電力系統(tǒng)阻尼特性的雙饋風電機組控制策略.電力系統(tǒng)自動化,2011,35(15) :25-29.)·風電場及聯合輸電常規(guī)電廠距負荷中心遠,屬于遠距離輸電模式;·風電出力存在較大的峰谷差,出于經濟性考慮,輸電通道的容量不可能按出力高峰設計,在風電大發(fā)時輸電線路將處于重負荷狀態(tài);·風電功率的隨機波動使混合輸電系統(tǒng)處于頻繁擾動作用之下。這種輸電模式因具有上述特點而易導致弱(負)阻尼低頻振蕩,并且功率振蕩反復出現,很難平息??梢?,與常規(guī)電力系統(tǒng)相比,含大容量風電場的電力系統(tǒng)對阻尼的要求更高。由于雙饋風機在以下幾個方面的優(yōu)勢效率高,機械應力小,功率可控?,F在市場上的主流風電機組為雙饋風電機組。由于雙饋感應風電機組(DFIG)的輸出功率可控,在系統(tǒng)低頻振蕩的頻率附近, 可以利用DFIG風電機組產生一個與同步機轉速振蕩同相位的阻尼功率,增加系統(tǒng)阻尼,提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。所有能夠表現出系統(tǒng)低頻振蕩的信號均可以作為附加阻尼控制器的輸入信號,但是不同的信號反應系統(tǒng)低頻振蕩的程度不同,所以作用效果有所差異。(F.M.Hughes,0. Anaya-Lara, N. Jenkins et al.A Power System Stabilizer for DFIG-Based Wind Generation. IEEE Transaction on Power System,2006,21 (2) 763-772.)以風電機組的電磁功率為反饋信號,分析了風電機組側附加阻尼控制環(huán)節(jié)的可行性。(關宏亮,遲永寧,戴慧珠,楊以涵.并網風電場改善系統(tǒng)阻尼的仿真.電力系統(tǒng)自動化,2008,32(13) :81-85.)將雙饋風電機組轉差作為附加阻尼控制器的輸入信號,設計了風電場側附加阻尼控制環(huán)節(jié),改善了系統(tǒng)阻尼。(郝正航,余貽鑫,曾沅.改善電力系統(tǒng)阻尼特性的雙饋風電機組控制策略.電力系統(tǒng)自動化,2011,35 (15) :25-29.)以風電場附近的頻率微變?yōu)榉答佇盘栐O計了附加阻尼控制環(huán)節(jié)。現有技術缺點
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1、以本地測量信號構成反饋控制,只能反映局部振蕩模式,不能反映區(qū)間振蕩模式,此時的附加阻尼控制器不能有效抑制區(qū)間低頻振蕩。2、基于風電場側的附加阻尼控制與傳統(tǒng)同步發(fā)電機阻尼控制器相比有以下優(yōu)越性(F.M.Hughes,0. Anaya-Lara, N. Jenkins et al.A Power System Stabilizer for DFIG-Based Wind Generation. IEEE Transaction on Power System,2006,21 (2) 763-772.)阻尼系統(tǒng)低頻振蕩的能力更強,系統(tǒng)阻尼更高;與傳統(tǒng)同步機的PSS不同,風電場側的附加阻尼控制不會影響電壓控制。如果可以利用風電場側的附加阻尼控制取代傳統(tǒng)同步機的PSS,可以改善系統(tǒng)中的電壓控制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題,提供一種基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法,它可有效抑制系統(tǒng)中區(qū)間低頻振蕩,提高聯絡線傳輸容量;取代系統(tǒng)中傳統(tǒng)同步發(fā)電機PSS,改善電壓控制。為實現上述目的,本發(fā)明采用如下技術方案一種基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法,它的步驟為1)在系統(tǒng)輸入端加激勵信號,并在輸出端進行信號采集,用于系統(tǒng)辨識;2)利用ftxmy分析方法對含雙饋風電場的輸電系統(tǒng)進行辨識,確定系統(tǒng)在未引入附加阻尼控制時的開環(huán)傳遞函數;3)在步驟2)的基礎上,利用留數指標選擇附加阻尼控制采用的反饋信號以及附加阻尼控制的安裝位置;4)在步驟2)、3)的基礎上,利用系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數對附加阻尼控制環(huán)節(jié)中的相位補償環(huán)節(jié)參數進行整定,作系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數的根軌跡圖,并確定附加阻尼控制器的增益值K。所述步驟1)中,將激勵信號施加于風電場的有功及無功控制環(huán)節(jié)中,采集同步發(fā)電機間的相對功角、聯絡線功率、母線電壓等信號。所述步驟幻中,利用步驟1)中激勵信號機采集信號進行系統(tǒng)辨識。基于prony 分析的系統(tǒng)辨識過程如下假設激勵信號u (t)為包含振蕩模式λη+1的分段函數, (^(^ ^(^‘ (^( + ^^(^、(/-!^ + …+ ^^‘'(^、(/-巧)(丄)式中,D1, D2, ...,Dk為分段時間點;ε (t)表示單位階躍函數;cQ,C1, ...,Ck為分段函數各個時間段內的系數。對式(1)進行拉普拉斯變換,激勵信號u (t)在頻域內的表示形式為 在輸入信號u (t)作用下,經過系統(tǒng)G (S)后,輸出信號表示為==+c2e-sD' +··· + ν~^)·]其中,C
ηG(S) = Yj
其中,G(s)為系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數
η D
式中,λ i為系統(tǒng)特征值,Ri為特征值λ i所對應留數,i = 1,2,... ,nc經化簡,輸出信號整理為如下形式
阼)=(C。+ + C,瑪 + …+ cke-^ ) · {-^- H)( 4 )其中Qi = , R\(5)
A. A ,,
ι η+ι對Y (s)進行拉普拉斯反變換,得到時域下的輸出響應y(t) = c0(Qn+1e^
i=l+q (Qn+le^(t-Dl) + Σ Q^it-0lMt - D1)(6)+c^Qn^-^+j^Q^Mt-D,)
i=\由式(6)可以看出,輸出信號同樣為分段函數;抽取其中一個時間段內的輸出響應曲線,利用輸出信號的Prony分析結果對其進行擬合,得到系統(tǒng)的參數信息。當t > Dk時,對式(6)進行化簡整理,系統(tǒng)輸出響應變?yōu)?br> kkkf-7\y(t) = QlCZcie-^ +Q^c^+ …+a+i(^〒]』>。、7 J
i=0 i=0 i=0其中Dtl = 0。對t > Dk的時段通過采樣得到的輸出響應曲線yk進行Prony分析,得到Prony分析結果可以表示為
n+\=(8)
;=1式中,λ ^為輸出響應所包含的振蕩模式,Bj為各個振蕩模式所對應的系數。將式(J)與式⑶進行比較,可得
i=0將式(5)與式(9)聯立,得 R =
fA)
(9)
(10)由此,得到系統(tǒng)各個主要的振蕩模式以及所對應的留數信息。通過綜上所述基于 Prony分析的系統(tǒng)辨識方法,可以得到系統(tǒng)的主導振蕩模式以及對應的留數,并將系統(tǒng)表示為部分分式的形式。所述步驟3)中,以步驟2)得到的系統(tǒng)辨識結果為基礎,進行風電場側附加阻尼控制環(huán)節(jié)的確定;風電場側附加阻尼控制環(huán)節(jié)中包含測量環(huán)節(jié)、隔直環(huán)節(jié)、相位補償環(huán)節(jié)和增益環(huán)節(jié),其中Διι為輸入信號,取自廣域測量信號;Ay為附加阻尼控制環(huán)節(jié)的輸出信號,將被引入風電機組中的控制環(huán)節(jié)中;附加阻尼控制器接入風電機組變換器控制環(huán)節(jié),風電機組有功功率與無功功率的控制由轉子側變換器控制環(huán)節(jié)決定,關系式為
權利要求
1.一種基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法,其特征是,它的步驟為1)在系統(tǒng)輸入端加激勵信號,并在輸出端進行信號采集,用于系統(tǒng)辨識;2)利用Prony分析方法對含雙饋風電場的輸電系統(tǒng)進行辨識,確定系統(tǒng)在未引入附加阻尼控制時的開環(huán)傳遞函數;3)在步驟2)的基礎上,利用留數指標選擇附加阻尼控制采用的反饋信號以及附加阻尼控制的安裝位置;4)在步驟2)、3)的基礎上,利用系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數對附加阻尼控制環(huán)節(jié)中的相位補償環(huán)節(jié)參數進行整定,作系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數的根軌跡圖,并確定附加阻尼控制器的增益值K。
2.如權利要求1所述的基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法,其特征是,所述步驟1)中,分別將激勵信號施加于風電場的有功及無功控制環(huán)節(jié)中,并采集同步發(fā)電機間的相對功角、聯絡線功率、母線電壓信號。
3.如權利要求1所述的基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法,其特征是,所述步驟2)中,假設輸入信號u(t)為含振蕩模式的分段函數,按照時間間隔D1, 込,...隊將其分為1^段,
4.如權利要求1所述的基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法,其特征是,所述步驟幻中,以步驟幻得到的系統(tǒng)辨識結果為基礎,進行風電場側附加阻尼控制環(huán)節(jié)的確定;風電場側附加阻尼控制環(huán)節(jié)中包含測量環(huán)節(jié)、隔直環(huán)節(jié)、相位補償環(huán)節(jié)和增益環(huán)節(jié),其中Au為輸入信號,取自廣域測量信號;Ay為附加阻尼控制環(huán)節(jié)的輸出信號,將被弓丨入風電機組中的控制環(huán)節(jié)中;附加阻尼控制器接入風電機組變換器控制環(huán)節(jié),風電機組有功功率與無功功率的控制由轉子側變換器控制環(huán)節(jié)決定,關系式為
5.如權利要求1所述的基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法,其特征是,所述步驟4)中,風電場側附加阻尼控制環(huán)節(jié)H(S)中包含測量環(huán)節(jié)、隔直環(huán)節(jié)、相位補償環(huán)節(jié)和增益環(huán)節(jié),特征值λ i對增益K的靈敏度表示為
6.如權利要求1所述的基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法,其特征是,所述K值的選擇也為參數優(yōu)化過程,根據粒子群優(yōu)化算法計算,目標函數為在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性約束的條件下使系統(tǒng)區(qū)間振蕩阻尼最低,同樣也可采用根軌跡的方法,以K為反饋環(huán)節(jié)參數作系統(tǒng)閉環(huán)根軌跡圖,根據根軌跡選擇系統(tǒng)的極點配置,計算相應的增益值K。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于廣域測量信號的風電場側阻尼控制器參數整定方法,它有效抑制系統(tǒng)中區(qū)間低頻振蕩,提高聯絡線傳輸容量;取代系統(tǒng)中傳統(tǒng)同步發(fā)電機PSS,改善電壓控制。它的步驟為1)在系統(tǒng)輸入端加激勵信號,并在輸出端進行信號采集,用于系統(tǒng)辨識;2)利用Prony分析方法對含雙饋風電場的輸電系統(tǒng)進行辨識,確定系統(tǒng)在未引入附加阻尼控制時的開環(huán)傳遞函數;3)在步驟2)的基礎上,利用留數指標選擇附加阻尼控制采用的反饋信號以及附加阻尼控制的安裝位置;4)在步驟2)、3)的基礎上,利用系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數對附加阻尼控制環(huán)節(jié)中的相位補償環(huán)節(jié)參數進行整定,作系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數的根軌跡圖,并確定附加阻尼控制器的增益值K。
文檔編號H02J3/24GK102545247SQ20121004614
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權日2012年2月27日
發(fā)明者劉玉田, 孫華東, 王洪濤, 陳得治 申請人:中國電力科學研究院, 山東大學
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