CN110299712B - 一种直驱风机次同步振荡的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直驱风机次同步振荡的控制方法及系统，属于风力发电技术领域。该方法包括以下步骤：S1，当直驱风机发生次同步振荡时，获取直驱风机并联SVG并网系统的运行数据；S2，根据所述运行数据计算得到网侧变流器锁相环和电流环的耗散能量、SVG锁相环和电流环的耗散能量、直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量；S3，根据所述计算结果及控制参数调整最优化模型对网侧变流器锁相环和电流环的控制参数、SVG锁相环和电流环的控制参数进行调整，利用调整后的控制参数以对所述次同步振荡进行抑制。本发明实现直驱风机系统中次同步振荡主动控制。

Description

一种直驱风机次同步振荡的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种直驱风机次同步振荡的控制方法及系统。

背景技术

大规模开发利用新能源已成为世界各国发展的共识，特别是风电大量代替常规电源，这对电力系统的运行特性发生了深刻变化。一方面，系统惯量和阻尼水平持续弱化；另一方面，风电机组与电网相互耦合，诱发新的宽频带稳定问题，极大威胁电力系统的安全稳定运行。近年来，电网多次发生次同步振荡事故。因此，亟需对次同步振荡抑制方法进行深入研究。

目前，针对风电并网次同步振荡问题，国内外学者提出了多种次同步振荡抑制方法，但现有控制策略未考虑实际系统运行方式变化导致的频率漂移等问题，控制策略缺乏自适应性，且未充分考虑风机自身控制环节以及风电场无功补偿装置控制环节参与平抑系统振荡的能力，难以实现振荡的主动控制。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种直驱风机次同步振荡的控制系统及方法，以解决目前风电并网次同步振荡的控制策略存在频率漂移以及难以实现振荡的主动控制问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种直驱风机次同步振荡的控制方法，包括以下步骤：S1，当直驱风机发生次同步振荡时，获取直驱风机并联SVG并网系统的运行数据；S2，根据所述运行数据计算得到网侧变流器锁相环和电流环的耗散能量、SVG锁相环和电流环的耗散能量、直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量；S3，根据所述计算结果及控制参数调整最优化模型对网侧变流器锁相环和电流环的控制参数、SVG锁相环和电流环的控制参数进行调整，利用调整后的控制参数以对所述次同步振荡进行抑制。

进一步地，所述运行数据包括：网侧变流器电压、电流的d、q轴分量u_2d、u_2q、i_2d、i_2q，直流电压u_dc，电网电角速度ω₂，网侧变流器向电网输出有功P₂，q轴外环控制目标的实测值交流电压u_s或无功q，次同步频率分量的电压幅值U_-，基频电压幅值U₀和次同步分量频率ω_s。

进一步地，所述网侧变流器锁相环和电流环的控制参数包括网侧变流器锁相环和电流环PI控制器的比例系数k_pθ、k_p1和积分系数k_iθ、k_i1；所述SVG锁相环和电流环的控制参数包括SVG锁相环和电流环PI控制器的比例系数k′_pθ、k′_p1和积分系数k′_iθ、k′_i1。

进一步地，所述控制参数调整最优化模型为：

其中，W_hPMSG为直驱风机控制环节的总耗散能量，W_hSVG为SVG控制环节的总耗散能量，λ,λ′分别为直驱风机和SVG的目标函数加权系数，W′_pll,W′_I分别为SVG锁相环和电流环提供的耗散能量，W_pll,W_I分别为网侧变流器锁相环和电流环提供的耗散能量，g_i(k)为控制参数的约束条件，K为控制参数的可调整区间范围，Ω为次同步振荡频率在dq坐标系下对应的频率范围。

进一步地，所述控制参数调整最优化模型包括参数调整的目标函数和控制参数的约束条件；

所述参数调整的目标函数f(k_pθ,k_pi)为锁相环动态角Δθ_pll幅值的计算式：

其中，A表示Δθ_pll的幅值，U_-为次同步频率分量的电压幅值，U₀为基频电压幅值，ω_s为次同步分量频率；

k_pθ为网侧变流器锁相环PI控制器的比例系数，k_iθ为网侧变流器锁相环PI控制器的积分系数，u_2q为网侧变流器电压q轴分量；

所述控制参数的约束条件包括直驱风机控制参数约束条件和SVG控制参数约束条件；

所述直驱风机控制参数约束条件为：

所述SVG控制参数约束条件为：

D′(k_pθ,k_pθ)＜D₃。

进一步地，所述直驱风机控制参数约束条件中D₁和D₂的取值通过电流环环节控制参数调整策略得到，所述SVG控制参数约束条件中D₃的取值通过SVG控制参数调整策略得到；

所述电流环环节控制参数调整策略包括：

令W_kp＝0，得到改变W_kp能量特性的锁相环动态角临界幅值A₁，对应得到锁相环比例系数k_pθ和积分系数k_iθ取值对应的D₁；

当D∈(0，D₁)时，W_kp＜0，增大电流环比例系数k_p，直驱风机输出的耗散能量减小；

当

时，W_kp＞0，减小电流环比例系数k_p，直驱风机输出的耗散能量减小；

令W_ki＝0，得到锁相环动态角幅值A₂与对应的D₂：

当D∈(0，D₂)时，W_ki＜0，增大电流环积分系数k_i，直驱风机输出的耗散能量减小；

当

时，W_ki＞0，减小电流环积分系数k_i，直驱风机输出的耗散能量减小；

所述SVG控制参数调整策略包括：

保持锁相环参数不变，调整电流环比例系数令W_pll＝0，求得此时电流环比例系数的临界值k_p1＝C₁；

当k_p1＞C₁时，W_pll＜0，锁相环提供负的耗散能量，此时增大锁相环的比例、积分系数使SVG发出的耗散能量减小；

当k_p1＜C₁时，W_pll＞0，锁相环提供正的耗散能量，此时减小锁相环的比例、积分系数使SVG发出的耗散能量减小；

令W_kp＝0，改变锁相环动态角的幅值A，求得此时的临界值A＝A₃，对应得到(k_pθ,k_iθ)取值的边界D₃；

当D∈(0，D₃)时，W_kp＞0，减小电流环比例系数k_p1，SVG输出的耗散能量减小；

当

时，W_ki＜0，增大电流环比例系数k_p1，SVG输出的耗散能量减小。

进一步地，所述电流环环节控制参数调整策略和所述SVG控制参数调整策略的能量特征W_kp和W_ki表达式为：

进一步地，所述网侧变流器锁相环耗散能量的计算模型为：

所述网侧变流器电流环耗散能量的计算模型为：

所述SVG锁相环耗散能量的计算模型为：

所述SVG电流环耗散能量的计算模型为：

所述直驱风机控制环节的总耗散能量的计算模型为：

所述SVG控制环节的总耗散能量的计算模型为：

其中，i_2d、i_2q分别为网侧变流器电流的d、q轴分量，Δθ_pll为锁相环动态角，L₂为进线电抗器的等效电抗值，u_dc为直流电压，

为直流电压参考值，ω₂为电网电角速度，

为d轴电流参考值，

为q轴电流参考值，P₂为网侧变流器向电网输出有功，x*为q轴外环控制目标的参考值，，x为q轴外环控制目标的实测值。

进一步地，所述利用调整后的控制参数以对所述次同步振荡进行抑制包括改变控制参数后按照以下公式计算锁相环的耗散能量：

其中：D＝A/U_-，

D改变控制参数后表示为

U_-为次同步频率分量的电压幅值，ω_s为次同步分量频率，k_pθ,k_iθ为锁相环PI控制器的比例系数、积分系数，U₀为基频电压幅值，W_pll为网侧变流器锁相环环节的耗散能量。

另一方面，一种直驱风机次同步振荡的控制系统，包括数据采集模块、耗散能量分析模块、参数调整模块、结果输出模块；

所述数据采集模块，用于采集直驱风机并联SVG并网系统的运行数据；

所述耗散能量分析模块，用于根据耗散能量分析模型及所述数据采集模块输出的数据分别计算并分析网侧变流器锁相环和电流环的耗散能量、SVG锁相环和电流环的耗散能量、直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量；

所述参数调整模块，用于根据控制参数调整最优化模型及所述耗散能量分析模块输出的各环节耗散能量调整网侧变流器锁相环和电流环以及SVG锁相环和电流环的控制参数；

所述结果输出模块，用于输出调整后的网侧变流器锁相环和电流环的控制参数、SVG锁相环和电流环的控制参数，还用于输出控制参数调整后直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量。

本发明技术方案的有益效果：本发明公开了一种直驱风机次同步振荡的控制方法及系统，具有较强自适应性，且充分考虑直驱风机自身控制环节以及风电场无功补偿装置控制环节参与平抑系统振荡的能力，实现直驱风机系统中次同步振荡主动控制。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例的一种直驱风机次同步振荡的控制方法流程图；

图2为本发明实施例的直驱风机并联SVG的并网系统；

图3为本发明实施例的PMSG耗散能量对比图；

图4为本发明实施例的SVG耗散能量对比图；

图5为本发明实施例的总耗散能量对比图；

图6为本发明实施例的有功功率输出对比图；

图7为本发明实施例的一种直驱风机次同步振荡的控制系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种直驱风机次同步振荡的控制方法，包括以下步骤：

S1，当直驱风机发生次同步振荡时，获取直驱风机并联SVG并网系统的运行数据；

S2，根据所述运行数据计算得到网侧变流器锁相环和电流环的耗散能量、SVG锁相环和电流环的耗散能量、直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量；

S3，根据所述计算结果及控制参数调整最优化模型对网侧变流器锁相环和电流环的控制参数、SVG锁相环和电流环的控制参数进行调整，利用调整后的控制参数以对所述次同步振荡进行抑制。

与现有技术相比，本发明实施例基于控制参数调整的次同步振荡最优控制模型具有较强的自适应性，且充分利用直驱风机自身控制环节以及风电场无功补偿装置控制环节平抑系统振荡的能力，实现直驱风机系统中次同步振荡主动控制。

本发明的一个具体实施例，所述运行数据包括：网侧变流器电压、电流的d、q轴分量u_2d、u_2q、i_2d、i_2q，直流电压u_dc，电网电角速度ω₂，网侧变流器向电网输出有功P₂，q轴外环控制目标的实测值交流电压u_s或无功q，次同步频率分量的电压幅值U_-，基频电压幅值U₀和次同步分量频率ω_s。也即，本发明实施例充分利用直驱风机自身控制环节以及风电场无功补偿装置控制环节的运行数据，为实现直驱风机系统中次同步振荡主动控制提供了充足的数据。

本发明的一个具体实施例，所述网侧变流器锁相环和电流环的控制参数包括网侧变流器锁相环和电流环PI控制器的比例系数k_pθ、k_p1和积分系数k_iθ、k_i1；所述SVG锁相环和电流环的控制参数包括SVG锁相环和电流环PI控制器的比例系数k′_pθ、k′_p1和积分系数k′_iθ、k′_i1。

本发明的一个具体实施例，所述控制参数调整最优化模型为：

其中，W_hPMSG为直驱风机控制环节的总耗散能量，W_hSVG为SVG控制环节的总耗散能量，λ,λ′分别为直驱风机和SVG的目标函数加权系数，W′_pll,W′_I分别为SVG锁相环和电流环提供的耗散能量，W_pll,W_I分别为网侧变流器锁相环和电流环提供的耗散能量，g_i(k)为控制参数的约束条件，K为控制参数的可调整区间范围，Ω为次同步振荡频率在dq坐标系下对应的频率范围。根据暂态过程中的电压支撑，以及直驱风机与SVG并联母线的无功水平等约束，得到各控制参数的可调整区间K。

本发明的一个具体实施例，所述控制参数调整最优化模型包括参数调整的目标函数和控制参数的约束条件；

所述参数调整的目标函数f(k_pθ,k_pi)为锁相环动态角Δθ_pll幅值的计算式：

其中，A表示Δθ_pll的幅值，U_-为次同步频率分量的电压幅值，U₀为基频电压幅值，ω_s为次同步分量频率；

k_pθ为网侧变流器锁相环PI控制器的比例系数，k_iθ为网侧变流器锁相环PI控制器的积分系数，u_2q为网侧变流器电压q轴分量；

需要说明的是，对于锁相环动态角Δθ_pll的积分表达式中，积分对象为控制系统dq坐标下的q轴电流，含有Δθ_pll的二阶扰动量，忽略Δθ_pll的二阶扰动项时：

Δθ_pll与q轴电流的频率一致，可以表示为：

式中：A和

分别表示Δθ_pll的幅值与相位，A和

的表达式分别为：

可知，Δθ_pll的幅值主要受次同步频率分量电压幅值U_-，次同步分量频率ω_s，基频电压幅值U₀以及锁相环比例积分系数影响。

所述控制参数的约束条件包括直驱风机控制参数约束条件和SVG控制参数约束条件；

所述直驱风机控制参数约束条件为：

所述SVG控制参数约束条件为：

D′(k_pθ,k_pθ)＜D₃。

需要说明的是，SVG控制参数理想的约束条件为：

在实际计算中，式(-∫Δθ_plldP₂)和

为正，且数量级与受k_p1影响的两项相当，所以W_pll＜0难以满足。此时，SVG的控制参数约束条件可修改为：

D′(k_pθ,k_pθ)＜D₃。

本发明的一个具体实施例，所述直驱风机控制参数约束条件中D₁和D₂的取值通过电流环环节控制参数调整策略得到，所述SVG控制参数约束条件中D₃的取值通过SVG控制参数调整策略得到；

所述电流环环节控制参数调整策略包括：

令W_kp＝0，得到改变W_kp能量特性的锁相环动态角临界幅值A₁，对应得到锁相环比例系数k_pθ和积分系数k_iθ取值对应的D₁；

当D∈(0，D₁)时，W_kp＜0，增大电流环比例系数k_p，直驱风机输出的耗散能量减小；

当

时，W_kp＞0，减小电流环比例系数k_p，直驱风机输出的耗散能量减小；

令W_ki＝0，得到锁相环动态角幅值A₂与对应的D₂：

当D∈(0，D₂)时，W_ki＜0，增大电流环积分系数k_i，直驱风机输出的耗散能量减小；

当

时，W_ki＞0，减小电流环积分系数k_i，直驱风机输出的耗散能量减小；

所述SVG控制参数调整策略包括：

保持锁相环参数不变，调整电流环比例系数令W_pll＝0，求得此时电流环比例系数的临界值k_p1＝C₁；

当k_p1＞C₁时，W_pll＜0，锁相环提供负的耗散能量，此时增大锁相环的比例、积分系数使SVG发出的耗散能量减小；

当k_p1＜C₁时，W_pll＞0，锁相环提供正的耗散能量，此时减小锁相环的比例、积分系数使SVG发出的耗散能量减小；

令W_kp＝0，改变锁相环动态角的幅值A，求得此时的临界值A＝A₃，对应得到(k_pθ,k_iθ)取值的边界D₃；

当D∈(0，D₃)时，W_kp＞0，减小电流环比例系数k_p1，SVG输出的耗散能量减小；

当

时，W_ki＜0，增大电流环比例系数k_p1，SVG输出的耗散能量减小。

本发明的一个具体实施例，所述电流环环节控制参数调整策略和所述SVG控制参数调整策略的能量特征W_kp和W_ki表达式为：

需要说明的是，由于控制环节的相互耦合，电流环的控制参数不仅仅对电流环的耗散能量有所影响，同时还影响锁相环的耗散能量。电流环的控制参数不决定锁相环耗散能量的正负，但会影响其绝对值大小。单纯的增大电流环比例、积分系数，虽然电流环消耗的耗散能量增加，但同时，锁相环发出的耗散能量也有可能增加，因此，在调整电流环参数时，要综合考虑这两部能量的大小，因此将比例、积分系数的影响分开讨论：

在网侧变流器控制的时间尺度下，认为风速不发生变化，即机侧获取的风功率不变，那么此时d轴电流参考值

主要受直流电容电压波动的影响，变化很小，且

可近似认为不变，所以W_kp和W_ki的正负取决于锁相环参数。在W_kp表达式中后两项能量为正，且均与Δθ_pll有关，dΔθ_pll的幅值与A成正比。

本发明的一个具体实施例，所述网侧变流器锁相环耗散能量的计算模型为：

所述网侧变流器电流环耗散能量的计算模型为：

需要说明的是，在直驱风机中，所述电流环耗散能量模型表达式中的两部分能量均为负值，电流环提供负的耗散能量，意味着暂态过程中吸收能量，对振荡起到正阻尼作用，有利于平息次同步振荡。因此，应主动增加这一部分能量的绝对值，即增大电流环的比例、积分系数，以增加负的耗散能量。

所述SVG锁相环耗散能量的计算模型为：

所述SVG电流环耗散能量的计算模型为：

所述直驱风机控制环节的总耗散能量的计算模型为：

需要说明的是，若直驱风机控制环节提供的总耗散能量为正，则风机在暂态过程中向系统输入的耗散能量不断增加，对振荡的影响为加剧振荡发散；若直驱风机控制环节提供的耗散能量为负，则风机在暂态过程中向系统输入的耗散能量逐渐收敛，表现出的特性为抑制振荡发展。

所述SVG控制环节的总耗散能量的计算模型为：

其中，i_2d、i_2q分别为网侧变流器电流的d、q轴分量，Δθ_pll为锁相环动态角，L₂为进线电抗器的等效电抗值，u_dc为直流电压，

为直流电压参考值，ω₂为电网电角速度，

为d轴电流参考值，

为q轴电流参考值，P₂为网侧变流器向电网输出有功，x^*为q轴外环控制目标的参考值，即恒交流电压u_s或恒无功q，x为q轴外环控制目标的实测值，即交流电压u_s或无功q。

需要说明的是，次同步振荡过程中，SVG工作在恒电压控制方式下耗散能量受振荡影响更大，且SVG在两种控制方式下均有可能导致振荡发散。以SVG工作在恒电压控制方式下进行分析，得到的规律同样适用于恒无功控制方式下。

由于SVG输出的q轴电流与d轴电流在同一数量级上，因此表达式∫(i_2ddi_2q-i_2qdi_2d)的正负不能直观的判断出来，当其大于零时，SVG的参数调整策略与直驱风机相同。

以下分析∫(i_2ddi_2q-i_2qdi_2d)＜0时，控制参数变化对耗散能量的影响：所述锁相环耗散能量表达式中ω₂L₂k_p1∫[Δθ_pll(i_2ddi_2q-i_2qdi_2d)]将变为负值，其他三项符号不变，而这一项同时受锁相环参数和电流环比例系数影响，决定了电流环和锁相环的参数调整策略，因此将两个环节的控制参数调整统一考虑。

本发明的一个具体实施例，所述利用调整后的控制参数以对所述次同步振荡进行抑制包括改变控制参数后按照以下公式计算锁相环的耗散能量：

其中：D＝A/U_-，

D改变控制参数后表示为

U_-为次同步频率分量的电压幅值，ω_s为次同步分量频率，k_pθ,k_iθ为锁相环PI控制器的比例系数、积分系数，U₀为基频电压幅值，W_pll为网侧变流器锁相环环节的耗散能量。

需要说明的是，由于次同步频率扰动出现时，其初相位已经确定，在不改变锁相环延时的前提下，可认为Δθ_pll的相位不发生变化。因此改变锁相环比例、积分系数不改变乘积项：Δθ_pll(i_2ddi_2q-i_2qdi_2d)、Δθ_plldP₂、

的正负，而改变控制参数引起的Δθ_pll幅值变化ΔA，可等价于所述锁相环环节的耗散能量表达式整体乘以系数

记：D＝A/U_-，则锁相环参数改变后，新的耗散能量大小为：

当

时，锁相环提供的耗散能量减小，因而控制环节提供的总耗散能量减小，有利于振荡收敛，得到使耗散能量减小的锁相环的比例、积分系数变化规律为：

ΔD＜0；

锁相环比例、积分系数一个保持不变另一个参数减小或两个参数都减小时，ΔD＜0；而两个变化趋势不相同时，ΔD的正负取决于参数调整的相对大小。

实际应用中，如图2所示直驱风机并联SVG并网系统，利用所述控制参数调整最优化模型计算出调整后的系统控制参数，比较在两组控制参数下的次同步振荡情况，验证结果的正确性。

未进行参数调整时直驱风机锁相环和电流环控制参数为：k_p1＝0.034，k_i1＝1.68，k_pθ＝3.26，k_iθ＝65.2；SVG的控制参数为：k′_p1＝0.023，k′_i1＝1.15，k_pθ＝3.26，k_iθ＝65.2。

调整后直驱风机锁相环和电流控制参数为：k_p1＝0.121，k_i1＝6.166，k_pθ＝0.55，k_iθ＝25.39；SVG的控制参数为：k′_p1＝0.53，k′_i1＝10.84，k′_pθ＝0.80，k′_iθ＝38.3。

系统中发生次同步振荡时，分别计算两种参数控制下直驱风机与并联SVG的耗散能量，如图3与4所示，实施参数调整后，直驱风机和SVG均发出负的耗散能量，验证了参数调整策略有效性。

直驱风机和SVG的总耗散能量如图5所示，施加参数调整之后，直驱风机与SVG的总耗散能量由正变负。如图6有功功率图所示，施加参数调整后系统次同步振荡在0.3s时间内收敛，实现了振荡主动抑制，且要快于不并联SVG系统的收敛速度，因此SVG控制参数的调整增强了振荡抑制的效果。

由此仿真结果验证了本发明技术方案提出的基于直驱风机和SVG控制参数优化调整的次振荡主动抑制方法。

本发明的一个具体实施例，如图7所示，一种直驱风机次同步振荡的控制系统，包括数据采集模块、耗散能量分析模块、参数调整模块、结果输出模块；

所述数据采集模块，用于采集直驱风机并联SVG并网系统的运行数据；

所述耗散能量分析模块，用于根据耗散能量分析模型及所述数据采集模块输出的数据分别计算并分析网侧变流器锁相环和电流环的耗散能量、SVG锁相环和电流环的耗散能量、直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量；

所述参数调整模块，用于根据控制参数调整最优化模型及所述耗散能量分析模块输出的各环节耗散能量调整网侧变流器锁相环和电流环以及SVG锁相环和电流环的控制参数；

所述结果输出模块，用于输出调整后的网侧变流器锁相环和电流环的控制参数、SVG锁相环和电流环的控制参数，还用于输出控制参数调整后直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量。

需要说明的是，所述数据采集模块采集系统的运行数据，发送给具有耗散能量分析模型的耗散能量分析模块，所述耗散能量分析模块输出网侧变流器锁相环和电流环、SVG锁相环和电流环、直驱风机控制环节和SVG控制环节各环节耗散能量，发送给具有控制参数调整最优化模型的参数调整模块，所述参数调整模块输出的各环节耗散能量调整网侧变流器锁相环和电流环以及SVG锁相环和电流环的控制参数，改变后的控制参数由所述结果输出模块输出，并反馈给所述耗散能量分析模块后由所述结果输出模块输出控制参数调整后直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量。以上所述各模块之间的连接关系如图7所示。

综上所述，本发明公开了一种直驱风机次同步振荡的控制方法，包括以下步骤：S1，当直驱风机发生次同步振荡时，获取直驱风机并联SVG并网系统的运行数据；S2，根据所述运行数据计算得到网侧变流器锁相环和电流环的耗散能量、SVG锁相环和电流环的耗散能量、直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量；S3，根据所述计算结果及控制参数调整最优化模型对网侧变流器锁相环和电流环的控制参数、SVG锁相环和电流环的控制参数进行调整，利用调整后的控制参数以对所述次同步振荡进行抑制。同时公开了与上述方法构成同一发明构思的控制系统，包括数据采集模块、耗散能量分析模块、参数调整模块、结果输出模块；所述数据采集模块，用于采集直驱风机并联SVG并网系统的运行数据；所述耗散能量分析模块，用于根据耗散能量分析模型及所述数据采集模块输出的数据分别计算并分析网侧变流器锁相环和电流环的耗散能量、SVG锁相环和电流环的耗散能量、直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量；所述参数调整模块，用于根据控制参数调整最优化模型及所述耗散能量分析模块输出的各环节耗散能量调整网侧变流器锁相环和电流环以及SVG锁相环和电流环的控制参数；所述结果输出模块，用于输出调整后的网侧变流器锁相环和电流环的控制参数、SVG锁相环和电流环的控制参数，还用于输出控制参数调整后直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量。本发明技术方案建立适用于网侧变流器锁相环控制、电流环控制以及并联SVG控制环节的耗散能量模型，计算网侧变流器锁相环、电流环以及并联SVG控制环节的耗散能量，并基于控制参数调整的次同步振荡最优化模型。与现有技术相比，该系统及方法具有较强自适应性，且充分考虑直驱风机自身控制环节以及风电场无功补偿装置控制环节参与平抑系统振荡的能力，实现直驱风机系统中次同步振荡主动控制。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直驱风机次同步振荡的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，当直驱风机发生次同步振荡时，获取直驱风机并联SVG并网系统的运行数据；

S2，根据所述运行数据计算得到网侧变流器锁相环和电流环的耗散能量、SVG锁相环和电流环的耗散能量、直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量；

S3，根据计算结果及控制参数调整最优化模型对网侧变流器锁相环和电流环的控制参数、SVG锁相环和电流环的控制参数进行调整，利用调整后的控制参数以对所述次同步振荡进行抑制；

所述控制参数调整最优化模型为：

其中，W_hPMSG为直驱风机控制环节的总耗散能量，W_hSVG为SVG控制环节的总耗散能量，λ,λ′分别为直驱风机和SVG的目标函数加权系数，W′_pll,W′_I分别为SVG锁相环和电流环提供的耗散能量，W_pll,W_I分别为网侧变流器锁相环和电流环提供的耗散能量，g_i(k)为控制参数的约束条件，K为控制参数的可调整区间范围，Ω为次同步振荡频率在dq坐标系下对应的频率范围，ω_s为次同步分量频率，k_pθ,k_iθ分别为网侧变流器锁相环PI控制器的比例系数、积分系数，k_p1,k_i1分别为网侧变流器电流环PI控制器的比例系数、积分系数，k′_pθ,k′_iθ分别为SVG锁相环PI控制器的比例系数、积分系数，k′_p1,k′_i1分别为SVG电流环PI控制器的比例系数、积分系数，D＝A/U_-，A为锁相环动态角Δθ_pll的幅值，U_-为次同步频率分量的电压幅值，D₁、D₂和D₃分别为与锁相环动态角的临界幅值A₁、A₂和A₃对应的值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行数据包括：网侧变流器电压、电流的d、q轴分量u_2d、u_2q、i_2d、i_2q，直流电压u_dc，电网电角速度ω₂，网侧变流器向电网输出有功P₂，q轴外环控制目标的实测值交流电压u_s或无功q，次同步频率分量的电压幅值U_-，基频电压幅值U₀和次同步分量频率ω_s。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网侧变流器锁相环和电流环的控制参数包括网侧变流器锁相环和电流环PI控制器的比例系数k_pθ、k_p1和积分系数k_iθ、k_i1；所述SVG锁相环和电流环的控制参数包括SVG锁相环和电流环PI控制器的比例系数k′_pθ、k′_p1和积分系数k′_iθ、k′_i1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制参数调整最优化模型包括参数调整的目标函数和控制参数的约束条件；

所述参数调整的目标函数f(k_pθ,k_pi)为锁相环动态角Δθ_pll幅值的计算式：

其中，A表示Δθ_pll的幅值，U_-为次同步频率分量的电压幅值，U₀为基频电压幅值，ω_s为次同步分量频率；

k_pθ为网侧变流器锁相环PI控制器的比例系数，k_iθ为网侧变流器锁相环PI控制器的积分系数，u_2q为网侧变流器电压q轴分量；

所述控制参数的约束条件包括直驱风机控制参数约束条件和SVG控制参数约束条件；

所述直驱风机控制参数约束条件为：

所述SVG控制参数约束条件为：

D′(k_pθ,k_pθ)＜D₃。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述直驱风机控制参数约束条件中D₁和D₂的取值通过电流环环节控制参数调整策略得到，所述SVG控制参数约束条件中D₃的取值通过SVG控制参数调整策略得到；

所述电流环环节控制参数调整策略包括：

令W_kp＝0，得到改变W_kp能量特性的锁相环动态角临界幅值A₁，对应得到锁相环比例系数k_pθ和积分系数k_iθ取值对应的D₁；

当D∈(0，D₁)时，W_kp＜0，增大电流环比例系数k_p，直驱风机输出的耗散能量减小；

当

时，W_kp＞0，减小电流环比例系数k_p，直驱风机输出的耗散能量减小；

令W_ki＝0，得到锁相环动态角幅值A₂与对应的D₂：

当D∈(0，D₂)时，W_ki＜0，增大电流环积分系数k_i，直驱风机输出的耗散能量减小；

当

时，W_ki＞0，减小电流环积分系数k_i，直驱风机输出的耗散能量减小；

所述SVG控制参数调整策略包括：

保持锁相环参数不变，调整电流环比例系数令W_pll＝0，求得此时电流环比例系数的临界值k_p1＝C₁；

当k_p1＞C₁时，W_pll＜0，锁相环提供负的耗散能量，此时增大锁相环的比例、积分系数使SVG发出的耗散能量减小；

当k_p1＜C₁时，W_pll＞0，锁相环提供正的耗散能量，此时减小锁相环的比例、积分系数使SVG发出的耗散能量减小；

令W_kp＝0，改变锁相环动态角的幅值A，求得此时的临界值A＝A₃，对应得到(k_pθ,k_iθ)取值的边界D₃；

当D∈(0，D₃)时，W_kp＞0，减小电流环比例系数k_p1，SVG输出的耗散能量减小；

当

时，W_ki＜0，增大电流环比例系数k_p1，SVG输出的耗散能量减小；

其中，W_kp和W_ki分别为电流环环节控制参数调整策略和SVG控制参数调整策略的能量特征。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电流环环节控制参数调整策略和所述SVG控制参数调整策略的能量特征W_kp和W_ki表达式为：

其中，i_2d、i_2q分别为网侧变流器电流的d、q轴分量，L₂为进线电抗器的等效电抗值，ω₂为电网电角速度，

为d轴电流参考值，

为q轴电流参考值，k_p1,k_i1分别为网侧变流器电流环PI控制器的比例系数、积分系数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网侧变流器锁相环耗散能量的计算模型为：

所述网侧变流器电流环耗散能量的计算模型为：

所述SVG锁相环耗散能量的计算模型为：

所述SVG电流环耗散能量的计算模型为：

所述直驱风机控制环节的总耗散能量的计算模型为：

所述SVG控制环节的总耗散能量的计算模型为：

其中，i_2d、i_2q分别为网侧变流器电流的d、q轴分量，Δθ_pll为锁相环动态角，L₂为进线电抗器的等效电抗值，u_dc为直流电压，

为直流电压参考值，ω₂为电网电角速度，

为d轴电流参考值，

为q轴电流参考值，P₂为网侧变流器向电网输出有功，x^*为q轴外环控制目标的参考值，x为q轴外环控制目标的实测值，k_pθ,k_iθ分别为网侧变流器锁相环PI控制器的比例系数、积分系数，k_p1,k_i1分别为网侧变流器电流环PI控制器的比例系数、积分系数，k′_pθ,k′_iθ分别为SVG锁相环PI控制器的比例系数、积分系数，k′_p1,k′_i1分别为SVG电流环PI控制器的比例系数、积分系数，k_p2,k_i2分别为直流电压外环PI控制器的比例系数、积分系数，k′_p2,k′_i2分别为SVG电压外环PI控制器的比例系数、积分系数。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述利用调整后的控制参数以对所述次同步振荡进行抑制包括改变控制参数后按照以下公式计算锁相环的耗散能量：

其中：D＝A/U_-，

D改变控制参数后表示为

U_-为次同步频率分量的电压幅值，ω_s为次同步分量频率，k_pθ,k_iθ为锁相环PI控制器的比例系数、积分系数，U₀为基频电压幅值，W_pll为网侧变流器锁相环环节的耗散能量。

9.一种直驱风机次同步振荡的控制系统，其特征在于，包括数据采集模块、耗散能量分析模块、参数调整模块、结果输出模块；

所述数据采集模块，用于采集直驱风机并联SVG并网系统的运行数据；

所述耗散能量分析模块，用于根据耗散能量分析模型及所述数据采集模块输出的数据分别计算并分析网侧变流器锁相环和电流环的耗散能量、SVG锁相环和电流环的耗散能量、直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量；

所述参数调整模块，用于根据控制参数调整最优化模型及所述耗散能量分析模块输出的各环节耗散能量调整网侧变流器锁相环和电流环以及SVG锁相环和电流环的控制参数；

所述控制参数调整最优化模型为：

其中，W_hPMSG为直驱风机控制环节的总耗散能量，W_hSVG为SVG控制环节的总耗散能量，λ,λ′分别为直驱风机和SVG的目标函数加权系数，W′_pll,W′_I分别为SVG锁相环和电流环提供的耗散能量，W_pll,W_I分别为网侧变流器锁相环和电流环提供的耗散能量，g_i(k)为控制参数的约束条件，K为控制参数的可调整区间范围，Ω为次同步振荡频率在dq坐标系下对应的频率范围，ω_s为次同步分量频率，k_pθ,k_iθ分别为网侧变流器锁相环PI控制器的比例系数、积分系数，k_p1,k_i1分别为网侧变流器电流环PI控制器的比例系数、积分系数，k′_pθ,k′_iθ分别为SVG锁相环PI控制器的比例系数、积分系数，k′_p1,k′_i1分别为SVG电流环PI控制器的比例系数、积分系数，D＝A/U_-，A为锁相环动态角Δθ_pll的幅值，U_-为次同步频率分量的电压幅值，D₁、D₂和D₃分别为与锁相环动态角的临界幅值A₁、A₂和A₃对应的值；

所述结果输出模块，用于输出调整后的网侧变流器锁相环和电流环的控制参数、SVG锁相环和电流环的控制参数，还用于输出控制参数调整后直驱风机控制环节的总耗散能量以及SVG控制环节的总耗散能量。

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