CN112886612B - 确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的方法和系统，所述方法和系统通过建立反映控制器与双馈风机并网系统部分的多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phi l l ips‑Heffron模型；根据系统部分的固有振荡模式，结合所述单振荡回路形式的广义Ph i l l i ps‑Heffron模型确定控制器的安装地点，以及根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Ph i l l i ps‑Heffron模型确定控制器的参数。所述方法和系统用于抑制次超同步振荡的控制器的安装地点选择与参数确定，相比于传统的特征值计算法，本发明提供的方法和系统无需高阶状态矩阵的求解，大大减少了计算量，有较强的工程实用性。

Description

确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的方法和系统
技术领域
本发明涉及电力控制技术领域,并且更具体地，涉及一种确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的方法和系统。
背景技术
随着新能源、直流等电力电子设备的广泛接入，电力系统稳定性不再局限于传统的工频和机电时间尺度，电磁动态凸显，导致频率范围扩展到宽频带的电磁振荡现象，按照频率所处区间可细分为次超同步和谐波振荡两个子类。
次超同步振荡发生时，电网电压/电流中将出现频率在数Hz至两倍工频范围的非特征分量，不利条件下会持续增长乃至超过工频分量，最终导致机组跳闸甚至损坏、危及系统的安全稳定运行。
传统的同步机组由于其结构和参数特性(高质量机械转子、较大时间常数和较窄通频带)使得它对来自电网的高频动态不敏感；而电力电子设备，特别是具有高调制频率、宽频带耦合的风电、光伏变流器及近期柔直中广泛引用模块化多电平变流器则对包括中高频在内的宽频动态反应灵敏，更兼自身常配备中高频滤波电路，它们及其与电网之间的相互作用可能导致频率从百Hz到超千Hz的非特征次谐波振荡、放大和不稳定，造成谐波过压、过流乃至更严重的电能质量和系统稳定性问题。
为保证高比例电力电子设备电力系统的安全稳定运行，需要在新能源设备、直流换流站、FACTS等设备上加装振荡控制器，准确度高、工程实用性强的控制器设计方法至关重要。
发明内容
为了解决现有技术中当电力系统存在新能源、直流等电力电子设备的接入时，次超同步振荡导致系统不稳定的技术问题，本发明提供一种确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的方法，所述方法包括：
步骤1、以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型；
步骤2、基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型；
步骤3、对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型；
步骤4、根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点；
步骤5、根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数。
进一步地，所述以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型包括:
设置控制器部分和系统部分之间的交互变量为Δu和Δy，其表达式为：
Δu＝[Δu1 Δu2]T 式1
Δy＝[Δy1 Δy2]T 式2
其中，交互变量Δu和Δy均为包含两元素的列向量，u1、u2为Δu的两个元素，y1、y2为Δy的两个元素,u1、u2、y1和y2代表的物理量根据不同的控制器安装地点和控制特性确定；
在两输入两输出模型下，系统部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure GDA0003726000440000031
式中，gi,j(s)为在系统振荡模式s下的传递函数，y1和y2为系统部分两个输出变量，u1和u2为系统部分两个输入变量，1≤i,j≤2；
在两输入两输出模型下，控制器部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure GDA0003726000440000032
式中，hi,j(s)为在系统振荡模式s下的传递函数，y1和y2为控制器部分两个输入变量，u1和u2为控制器部分两个输出变量，hi,j(s)中包含待确定的控制器的参数，1≤i,j≤2。
进一步地，所述基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型包括：
当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，根据系统部分的第一传递函数模型，提取出λ0对应的次超同步振荡模式后，生成系统部分的第二传递函数模型，其表达式为：
Figure GDA0003726000440000033
基于所述系统部分的第二传递函数模型和所述控制器部分的第一传递函数模型，根据s2+ds+k确定次超同步振荡回路，以K(s)为前馈通道，建立反映两对输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型，其中，
Figure GDA0003726000440000034
d＝-2ξ0，
Figure GDA0003726000440000035
ki,j(s)为前馈通道在系统振荡模式s下的传递函数，ξ0为衰减系数，ω0为振荡频率，d为振荡回路阻尼系数，k为振荡回路同步系数。
进一步地，对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型包括：
基于所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型中的系统部分第二传递函数模型和控制器部分的第一传递函数模型，当系统部分输出变量的解非零时，根据矩阵理论可得：
Figure GDA0003726000440000041
式中，
Figure GDA0003726000440000042
由式6可得：
s2+ds+k＝T(s) 式7
将式7作为综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型。
进一步地，根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点包括：
根据所述单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型，当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，将s＝λ0代入式7可得：
s2+ds+k＝T(λ0) 式8
在所述双馈风机并网系统中选择不同的控制器的拟安装地点，根据式8计算T(λ0)，并将|T(λ0)|最大处作为控制器的安装地点。
进一步地，根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数包括：
当控制器在确定的安装地点，且系统设置的目标次超同步振荡模式λ＝ε+jω时，将s＝λ代入式6可得：
Figure GDA0003726000440000043
对式9求解确定控制器的参数。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种次超同步确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器系统，所述系统包括：
第一模型单元，其用于以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型；
第二模型单元，其用于基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型；
第三模型单元，其用于对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型；
第一计算单元，其用于根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点；
第二计算单元，其用于根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数。
进一步地，所述第一模型单元以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型包括:
设置控制器部分和系统部分之间的交互变量为Δu和Δy，其表达式为：
Δu＝[Δu1 Δu2]T 式1
Δy＝[Δy1 Δy2]T 式2
其中，交互变量Δu和Δy均为包含两元素的列向量，u1、u2为Δu的两个元素，y1、y2为Δy的两个元素,u1、u2、y1和y2代表的物理量根据不同的控制器安装地点和控制特性确定；
在两输入两输出模型下，系统部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure GDA0003726000440000051
式中，gi,j(s)为在系统振荡模式s下的传递函数，y1和y2为系统部分两个输出变量，u1和u2为系统部分两个输入变量，1≤i,j≤2；
在两输入两输出模型下，控制器部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure GDA0003726000440000061
式中，hi,j(s)为在系统振荡模式s下的传递函数，y1和y2为控制器部分两个输入变量，u1和u2为控制器部分两个输出变量，hi,j(s)中包含待确定的控制器的参数，1≤i,j≤2。
进一步地，所述第二模型单元基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型包括：
当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，根据系统部分的第一传递函数模型，提取出λ0对应的次超同步振荡模式后，生成系统部分的第二传递函数模型，其表达式为：
Figure GDA0003726000440000062
基于所述系统部分的第二传递函数模型和所述控制器部分的第一传递函数模型，根据s2+ds+k确定次超同步振荡回路，以K(s)为前馈通道，建立反映两对输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型，其中，
Figure GDA0003726000440000063
d＝-2ξ0，
Figure GDA0003726000440000064
ki,j(s)为前馈通道在系统振荡模式s下的传递函数，ξ0为衰减系数，ω0为振荡频率，d为振荡回路阻尼系数，k为振荡回路同步系数。
进一步地，所述第三模型单元对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型包括：
基于所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型中的系统部分第二传递函数模型和控制器部分的第一传递函数模型，当系统部分输出变量的解非零时，根据矩阵理论可得：
Figure GDA0003726000440000065
式中，
Figure GDA0003726000440000071
由式6可得：
s2+ds+k＝T(s) 式7
将式7作为综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型。
进一步地，所述第一计算单元根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点包括：
根据所述单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型，当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，将s＝λ0代入式7可得：
s2+ds+k＝T(λ0) 式8
在所述双馈风机并网系统中选择不同的控制器的拟安装地点，根据式8计算T(λ0)，并将|T(λ0)|最大处作为控制器的安装地点。
进一步地，所述第二计算单元根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数包括：
当控制器在确定的安装地点，且系统设置的目标次超同步振荡模式λ＝ε+jω时，将s＝λ代入式6可得：
Figure GDA0003726000440000072
对式9求解确定控制器的参数。
本发明技术方案提供的次超同步确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器方法和系统以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型建立双馈风机并网系统；接着基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型；再对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型；最后，根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点，以及根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数。所述方法和系统用于抑制次超同步振荡的控制器的安装地点选择与参数确定，相比于传统的特征值计算法，本发明提供的方法和系统无需高阶状态矩阵的求解，大大减少了计算量，有较强的工程实用性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的方法的流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的系统部分和控制器部分互联形成的闭环结构的示意图；
图3为根据本发明优选实施方式的系统部分和控制器部分的连接断开的开环结构的示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的采用摄动法求解控制器部分在系统振荡模式下的传递函数值的原理图；
图5为根据本发明优选实施方式的确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的系统的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的方法从步骤101开始。
在步骤101，以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型。对于在双馈风机并网系统中拟安装的控制器，根据其物理特性，可以选择合适的交互变量来分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型。
优选地，所述以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型包括:
设置控制器部分和系统部分之间的交互变量为Δu和Δy，其表达式为：
Δu＝[Δu1 Δu2]T 式1
Δy＝[Δy1 Δy2]T 式2
其中，交互变量Δu和Δy均为包含两元素的列向量，u1、u2为Δu的两个元素，y1、y2为Δy的两个元素,u1、u2、y1和y2代表的物理量根据不同的控制器安装地点和控制特性确定；
在两输入两输出模型下，系统部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure GDA0003726000440000091
式中，gi,j(s)为在系统振荡模式s下的传递函数，y1和y2为系统部分两个输出变量，u1和u2为系统部分两个输入变量，1≤i,j≤2；
在两输入两输出模型下，控制器部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure GDA0003726000440000092
式中，hi,j(s)为在系统振荡模式s下的传递函数，y1和y2为控制器部分两个输入变量，u1和u2为控制器部分两个输出变量，hi,j(s)中包含待确定的控制器的参数，1≤i,j≤2。
对于双馈风机并网系统中控制器部分和系统部分的第一传递函数模型中的传递函数进行求解，当采用双馈风机完整的数学模型时，系统阶数较高，采用解析法求解是可行的，只是工作量很大且繁琐；此外，还可以采用摄动法，通过时域仿真来求取系统部分与振荡控制器部分在系统振荡模式下的传递函数值。
当采用摄动法时，对于系统部分和控制器互联形成的闭环结构，首先需要将系统部分和控制器的连接断开，形成开环结构。
图2为根据本发明优选实施方式的系统部分和控制器部分互联形成的闭环结构的示意图。如图2所示，系统部分和控制器通过连接开关形成闭环结构。
图3为根据本发明优选实施方式的系统部分和控制器部分的连接断开的开环结构的示意图。如图3所示，系统部分和控制器的连接开关全部断开，成为开环结构。
图4为根据本发明优选实施方式的采用摄动法求解控制器部分在系统振荡模式下的传递函数值的原理图。如图4所示，为了保证控制器的稳定工况与系统闭环结构时相同，在系统部分和控制器部分的连接断开时，将控制器部分的输入信号y设置为稳态值y0；另外，为了得到控制器部分在系统振荡模式，即频率fp处的传递函数值，需要在输入信号中叠加频率为fp的正弦信号Δy(fp)。根据正弦响应原理，系统响应平稳后，控制器部分的输出信号中也会包含稳态分量u0和频率为fp的正弦信号Δu(fp)。通过滤波将输出中的正弦信号Δu(fp)提取出来，并与输入信号中的Δy(fp)的幅值与相位进行比较，即可得到控制器部分在频率fp处的传递函数值。采用相同的方法，可以求得系统部分频率fp处的传递函数值。
在步骤102，基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型。
优选地，所述基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型包括：
当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，根据系统部分的第一传递函数模型，提取出λ0对应的次超同步振荡模式后，生成系统部分的第二传递函数模型，其表达式为：
Figure GDA0003726000440000111
基于所述系统部分的第二传递函数模型和所述控制器部分的第一传递函数模型，根据s2+ds+k确定次超同步振荡回路，以K(s)为前馈通道，建立反映两对输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型，其中，
Figure GDA0003726000440000112
d＝-2ξ0，
Figure GDA0003726000440000113
ki,j(s)为前馈通道在系统振荡模式s下的传递函数，ξ0为衰减系数，ω0为振荡频率，d为振荡回路阻尼系数，k为振荡回路同步系数。
在此需要说明的是，在式3中从矩阵
Figure GDA0003726000440000114
中提取出
Figure GDA0003726000440000115
并不代表在矩阵
Figure GDA0003726000440000116
中的所有元素分母中都存在s2+ds+k项，这对应着振荡模式不会在每个环节都具有可观性。但如果λ0＝ξ0+jω0是系统部分的固有振荡模式，那么在矩阵
Figure GDA0003726000440000117
中至少会有一个元素的分母中包含s2+ds+k项，对于分母中没有s2+ds+k项的元素，只需要在分子分母中同时乘以s2+ds+k即可。此外，在系统部分的固有振荡模式下，当控制器安装在系统的不同安装地点时，
Figure GDA0003726000440000118
中的传递函数并不相同，对应的，
Figure GDA0003726000440000121
中的传递函数也不相同。
在步骤103，对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型。
优选地，对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型包括：
基于所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型中的系统部分第二传递函数模型和控制器部分的第一传递函数模型，当系统部分输出变量的解非零时，根据矩阵理论可得：
Figure GDA0003726000440000122
式中，
Figure GDA0003726000440000123
由式6可得：
s2+ds+k＝T(s) 式7
将式7作为综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型。
根据式3和式4可知，将控制器安装在系统的不同地点时，根据系统部分和控制器的输入值和输出值，kij(s)(i,j＝1,2)和hij(s)(i,j＝1,2)在对应频率λ下的值可以由解析法或摄动法求出，那么当
Figure GDA0003726000440000124
Figure GDA0003726000440000125
时，则根据已知的kij(λ)(i,j＝1,2)和hij(λ)(i,j＝1,2)可确定Rij(λ)(i,j＝1,2)值，由于T(s)的解可根据R11(s)，R12(s)，R21(s)和R22(s)确定，当Rij(λ)(i,j＝1,2)值确定时，即得计算得出T(λ)。
在步骤104，根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点。
优选地，根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点包括：
根据所述单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型，当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，将s＝λ0代入式7可得：
s2+ds+k＝T(λ0) 式8
在所述双馈风机并网系统中选择不同的控制器的拟安装地点，根据式8计算T(λ0)，并将|T(λ0)|最大处作为控制器的安装地点。
在步骤105，根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数。
优选地，根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数包括：
当控制器在确定的安装地点，且系统设置的目标次超同步振荡模式λ＝ε+jω时，将s＝λ代入式6可得：
Figure GDA0003726000440000131
对式9求解确定控制器的参数。
图5为根据本发明优选实施方式的次超同步确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器系统的结构示意图。如图5所示，本优选实施方式所述系统500包括：
第一模型单元501，其用于以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型；
第二模型单元502，其用于基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型；
第三模型单元503，其用于对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型；
第一计算单元504，其用于根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点；
第二计算单元505，其用于根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数。
优选地，所述第一模型单元501以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型包括:
设置控制器部分和系统部分之间的交互变量为Δu和Δy，其表达式为：
Δu＝[Δu1 Δu2]T 式1
Δy＝[Δy1 Δy2]T 式2
其中，交互变量Δu和Δy均为包含两元素的列向量，u1、u2为Δu的两个元素，y1、y2为Δy的两个元素,u1、u2、y1和y2代表的物理量根据不同的控制器安装地点和控制特性确定；
在两输入两输出模型下，系统部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure GDA0003726000440000141
式中，gi,j(s)为在系统振荡模式s下的传递函数，y1和y2为系统部分两个输出变量，u1和u2为系统部分两个输入变量，1≤i,j≤2；
在两输入两输出模型下，控制器部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure GDA0003726000440000142
式中，hi,j(s)为在系统振荡模式s下的传递函数，y1和y2为控制器部分两个输入变量，u1和u2为控制器部分两个输出变量，hi,j(s)中包含待确定的控制器的参数，1≤i,j≤2。
优选地，所述第二模型单元502基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型包括：
当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，根据系统部分的第一传递函数模型，提取出λ0对应的次超同步振荡模式后，生成系统部分的第二传递函数模型，其表达式为：
Figure GDA0003726000440000151
基于所述系统部分的第二传递函数模型和所述控制器部分的第一传递函数模型，根据s2+ds+k确定次超同步振荡回路，以K(s)为前馈通道，建立反映两对输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型，其中，
Figure GDA0003726000440000152
d＝-2ξ0，
Figure GDA0003726000440000153
ki,j(s)为前馈通道在系统振荡模式s下的传递函数，ξ0为衰减系数，ω0为振荡频率，d为振荡回路阻尼系数，k为振荡回路同步系数。
优选地，所述第三模型单元503对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型包括：
基于所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型中的系统部分第二传递函数模型和控制器部分的第一传递函数模型，当系统部分输出变量的解非零时，根据矩阵理论可得：
Figure GDA0003726000440000154
式中，
Figure GDA0003726000440000155
由式6可得：
s2+ds+k＝T(s) 式7
将式7作为综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型。
优选地，所述第一计算单元504根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点包括：
根据所述单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型，当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，将s＝λ0代入式7可得：
s2+ds+k＝T(λ0) 式8
在所述双馈风机并网系统中选择不同的控制器的拟安装地点，根据式8计算T(λ0)，并将|T(λ0)|最大处作为控制器的安装地点。
优选地，所述第二计算单元505根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数包括：
当控制器在确定的安装地点，且系统设置的目标次超同步振荡模式λ＝ε+jω时，将s＝λ代入式6可得：
Figure GDA0003726000440000161
对式9求解确定控制器的参数。
本发明所述次超同步确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器系统确定双馈风机并网系统中控制器的安装地点和控制器的参数的步骤与本发明所述次超同步确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器方法采取的步骤相同，并且达到的技术效果也相同，此处不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型；
步骤2、基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型；
步骤3、对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型；
步骤4、根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点；
步骤5、根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型包括：
设置控制器部分和系统部分之间的交互变量为Δu和Δy，其表达式为：
Δu＝[Δu1 Δu2]T 式1
Δy＝[Δy1 Δy2]T 式2
其中，交互变量Δu和Δy均为包含两元素的列向量，u1、u2为Δu的两个元素，y1、y2为Δy的两个元素，u1、u2、y1和y2代表的物理量根据不同的控制器安装地点和控制特性确定；
在两输入两输出模型下，系统部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure FDA0003726000430000021
式中，gi，j(s)为系统部分的传递函数，y1和y2为系统部分两个输出变量，u1和u2为系统部分两个输入变量，1≤i，j≤2；
在两输入两输出模型下，控制器部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure FDA0003726000430000022
式中，hi，j(s)为控制部分的传递函数，y1和y2为控制器部分两个输入变量，u1和u2为控制器部分两个输出变量，hi，j(s)中包含待确定的控制器的参数，1≤i，j≤2。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型包括：
当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，根据系统部分的第一传递函数模型，提取出λ0对应的次超同步振荡模式后，生成系统部分的第二传递函数模型，其表达式为：
Figure FDA0003726000430000023
基于所述系统部分的第二传递函数模型和所述控制器部分的第一传递函数模型，根据s2+ds+k确定次超同步振荡回路，以K(s)为前馈通道，建立反映两对输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型，其中，
Figure FDA0003726000430000024
d＝-2ξ0，
Figure FDA0003726000430000025
Figure FDA0003726000430000031
ki，j(s)为前馈通道的传递函数，ξ0为衰减系数，ω0为振荡频率，d为振荡回路阻尼系数，k为振荡回路同步系数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型包括：
基于所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型中的系统部分第二传递函数模型和控制器部分的第一传递函数模型，当系统部分输出变量的解非零时，根据矩阵理论可得：
Figure FDA0003726000430000032
式中，
Figure FDA0003726000430000033
由式6可得：
s2+ds+k＝T(s) 式7
将式7作为综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点包括：
根据所述单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型，当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，将s＝λ0代入式7可得：
s2+ds+k＝T(λ0) 式8
在所述双馈风机并网系统中选择不同的控制器的拟安装地点，根据式8计算T(λ0)，并将|T(λ0)|最大处作为控制器的安装地点。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数包括：
当控制器在确定的安装地点，且系统设置的目标次超同步振荡模式λg＝ξg+jωg时，将s＝λg代入式6可得：
Figure FDA0003726000430000034
对式9求解确定控制器的参数。
7.一种确定双馈风机并网系统次超同步振荡控制器的系统，其特征在于，所述系统包括：
第一模型单元，其用于以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型；
第二模型单元，其用于基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型；
第三模型单元，其用于对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型；
第一计算单元，其用于根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点；
第二计算单元，其用于根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一模型单元以控制器与双馈风机并网系统之间的交互变量为输入输出变量，分别建立控制器部分和双馈风机并网系统部分的两输入两输出变量的第一传递函数模型包括：
设置控制器部分和系统部分之间的交互变量为Δu和Δy，其表达式为：
Δu＝[Δu1 Δu2]T 式1
Δy＝[Δy1 Δy2]T 式2
其中，交互变量Δu和Δy均为包含两元素的列向量，u1、u2为Δu的两个元素，y1、y2为Δy的两个元素，u1、u2、y1和y2代表的物理量根据不同的控制器安装地点和控制特性确定；
在两输入两输出模型下，系统部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure FDA0003726000430000051
式中，gi，j(s)为系统部分的传递函数，y1和y2为系统部分两个输出变量，u1和u2为系统部分两个输入变量，1≤i，j≤2；
在两输入两输出模型下，控制器部分的第一传递函数模型的表达式为：
Figure FDA0003726000430000052
式中，hi，j(s)为控制部分的传递函数，y1和y2为控制器部分两个输入变量，u1和u2为控制器部分两个输出变量，hi，j(s)中包含待确定的控制器的参数，1≤i，j≤2。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二模型单元基于系统部分的固有振荡模式，从系统部分的第一传递函数模型中提取相应的次超同步振荡回路，生成系统部分的第二传递函数模型，并根据所述次超同步振荡回路、控制器部分的第一传递函数模型和系统部分的第二传递函数模型建立两输入两输出变量的系统部分和控制器部分的输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型包括：
当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，根据系统部分的第一传递函数模型，提取出λ0对应的次超同步振荡模式后，生成系统部分的第二传递函数模型，其表达式为：
Figure FDA0003726000430000053
基于所述系统部分的第二传递函数模型和所述控制器部分的第一传递函数模型，根据s2+ds+k确定次超同步振荡回路，以K(s)为前馈通道，建立反映两对输入输出变量之间交互影响的互联系统的广义Phillips-Heffron模型，其中，
Figure FDA0003726000430000054
d＝-2ξ0，
Figure FDA0003726000430000055
Figure FDA0003726000430000061
ki，j(s)为前馈通道的传递函数，ξ0为衰减系数，ω0为振荡频率，d为振荡回路阻尼系数，k为振荡回路同步系数。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第三模型单元对所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型进行等价变换，形成综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型包括：
基于所述互联系统的广义Phillips-Heffron模型中的系统部分第二传递函数模型和控制器部分的第一传递函数模型，当系统部分输出变量的解非零时，根据矩阵理论可得：
Figure FDA0003726000430000062
式中，
Figure FDA0003726000430000063
由式6可得：
s2+ds+k＝T(s) 式7
将式7作为综合反映多广义转矩共同影响的单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一计算单元根据系统部分的固有振荡模式，结合单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的安装地点包括：
根据所述单振荡回路的广义Phillips-Heffron模型，当系统部分存在固有振荡模式λ0＝ξ0+jω0时，将s＝λ0代入式7可得：
s2+ds+k＝T(λ0) 式8
在所述双馈风机并网系统中选择不同的控制器的拟安装地点，根据式8计算T(λ0)，并将|T(λ0)|最大处作为控制器的安装地点。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第二计算单元根据设置的目标次超同步振荡模式，当控制器在确定的安装地点时，结合所述单振荡回路形式的广义Phillips-Heffron模型确定控制器的参数包括：
当控制器在确定的安装地点，且系统设置的目标次超同步振荡模式λ＝ε+jω时，将s＝λ代入式6可得：
Figure FDA0003726000430000071
对式9求解确定控制器的参数。
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