CN114597911A - 一种新能源发电振荡抑制方法与系统 - Google Patents

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CN114597911A CN202210030995.0A CN202210030995A CN114597911A CN 114597911 A CN114597911 A CN 114597911A CN 202210030995 A CN202210030995 A CN 202210030995A CN 114597911 A CN114597911 A CN 114597911A
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Abstract

本发明提出一种新能源发电振荡抑制方法与系统，包括：实时采集机组端口电压、电流瞬时量，通过在线FFT分析，得出次/超同步、中频段、高频段等不同频段的振荡分量，通过振荡识别和判定触发告警信号，启动控制参数的在线调整，对风电机组锁相环、电流环、直流电压环等多回路控制参数进行调整。本发明考虑了针对各个频段振荡频率的控制参数在线调整方法，实现实时进行控制参数的调整优化和风电机组在弱电网下宽频带振荡问题的有效抑制。同时，本发明所述方法对不同类型的新能源发电装置都适用，具有通用性，有利于解决实际各种类型新能源发电并网振荡难题。

Description

一种新能源发电振荡抑制方法与系统
技术领域
本发明涉及发电振荡抑制领域，具体涉及一种新能源发电振荡抑制方法与系统。
背景技术
在中国的北部和西北部，大多数大型新能源发电都在偏远地区开发，并通过长距离输电线路接入主电网，新能源接入点电网强度弱。新能源发电控制和弱电网之间的复杂相互作用可能导致不稳定和振荡问题。例如，在2015年至2017年间，新疆哈密风电基地频繁出现次/超同步振荡问题，次同步振荡分量与超同步振荡分量关于基频50Hz对称，如图1所示。此宽频段范围内的振荡分量易与同步发电机组轴系扭振相互作用，导致轴系永久性损伤。
近几年，上述问题成为国内外研究的热点。研究表明，新能源并网振荡产生的主要因素为新能源发电阻抗与电网阻抗形成了串联振荡回路，振荡回路在振荡频率点的阻尼不足，易产生振荡问题。
目前，实际系统对新能源并网振荡的防控措施主要有两方面，一是快速切除新能源场站，当振荡产生时，新能源场站的控制保护装置动作，直接跳开新能源场站送出线路，相当于破坏了系统串联振荡的条件，进而消除振荡；二是改进新能源发电机组控制，通过优化新能源发电机组控制参数，改变新能源发电的阻抗特性，例如，提升振荡频率点的阻尼特性等，提升系统的稳定裕度，离线刷入实际机组控制器后，进行现场试验验证。
上述直接切除场站和离线优化控制两种防控手段均存在不足。直接切除新能源场站使得场站整体断电，不利于新能源的送出和消纳，同时，可能对新能源机组造成损坏。离线优化新能源发电机组控制的方法在并网条件和运行工况发生变化情况下适应性不足，应对新的振荡问题工程量大。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，本发明提供一种新能源发电振荡抑制方法，包括：
对于采集的机组端口电压、电流瞬时量，利用在线FFT分析确定各频段的振荡分量；
对各频段的振荡分量进行振荡识别；
基于振荡识别结果按振荡频段和所述频段对应的触发条件启动控制参数的在线调整，实现振荡抑制。
优选的，所述对各频段的振荡分量进行振荡识别，包括：
基于不同频段分别按照振荡电流分量幅值排序，识别出各频段的主导振荡分量。
优选的，所述触发条件包括：基于振荡电流幅值触发和基于振荡电流幅值结合振荡持续时间触发。
优选的，所述基于振荡电流幅值触发，包括：
当任意频率振荡电流幅值达到第一阈值时，直接触发抑制控制。
优选的，所述基于振荡电流幅值结合振荡持续时间触发，包括：
振荡电流幅值未达到第一阈值，但达到第二阈值时，触发计时器，当振荡持续时间达到时间阈值时，触发振荡抑制控制；
其中，第二阈值小于第一阈值。
优选的，所述基于振荡识别结果按振荡频段和所述频段对应的触发条件启动控制参数的在线调整，包括：
按照不同短路比的适应性，针对各振荡频段分别按顺序设置至少三组控制参数；
当收到控制触发信号时，按照触发振荡告警信号基于所述顺序依次递增在线调整控制参数直到振荡抑制成功或触发停机指令；
所述各振荡频段的控制参数的设置顺序不同。
优选的，所述振荡频段包括：次/超同步频段、中频段和高频段；
其中，所述次/超同步频段为1～100Hz范围内；所述中频段为100Hz～fMB范围内；所述高频段为大于fMB；所述fMB为电流环带宽频率。
优选的，在采集机组端口电压、电流瞬时量之前，还包括：
为所述次/超同步频段设定不小于1kHz的采样频率；
为所述高频段设定大于5kHz的采样频率；
为所述中频段设定1kHz到5kHz之间的任意一个采样频率；
设定频谱分析时间窗长。
基于同一种发明构思，本发明还提供一种新能源发电振荡抑制系统，包括：
采集模块，用于对于采集的机组端口电压、电流瞬时量，利用在线FFT分析确定各频段的振荡分量；
识别模块，用于对各频段的振荡分量进行振荡识别；
抑制模块，用于基于振荡识别结果按振荡频段和所述频段对应的触发条件启动控制参数的在线调整，实现振荡抑制。
优选的，所述识别模块具体用于：基于不同频段分别按照振荡电流分量幅值排序，识别出各频段的主导振荡分量。
优选的，所述抑制模块具体用于：按照不同短路比的适应性，针对各振荡频段分别按顺序设置至少三组控制参数；当收到控制触发信号时，按照触发振荡告警信号基于所述顺序依次递增在线调整控制参数直到振荡抑制成功或触发停机指令；所述各振荡频段的控制参数的设置顺序不同。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出一种新能源发电振荡抑制方法与系统，包括对于采集的机组端口电压、电流瞬时量，利用在线FFT分析确定各频段的振荡分量；对各频段的振荡分量进行振荡识别；基于振荡识别结果按振荡频段和所述频段对应的触发条件启动控制参数的在线调整，实现实时进行控制参数的调整优化和风电机组在弱电网下宽频带振荡问题的有效抑制；
本发明提供的技术手段对不同类型的新能源发电装置都适用，具有通用性，有利于解决实际各种类型新能源发电并网振荡难题；
本发明提供的技术手段是解决多频段振荡问题的通法，但针对不同频段的振荡问题应采用不同的参数和策略；
本发明设置具有两种触发阈值以及振荡幅值触发和振荡时间触发两种方式的控制触发机制；
本发明控制参数在线调整方法中设置多组控制参数，以便于针对不同振荡问题进行多样化的策略调整。
附图说明
图1为哈密某风电机组端口电流振荡分量傅里叶分析图；
图2为本发明的一种新能源发电振荡抑制方法流程图；
图3为本发明的振荡分量实时监测技术框图；
图4为本发明的次/超同步振荡抑制触发控制框图；
图5为本发明的次/超同步振荡控制参数在线调整框图；
图6为本发明的基于在线阻抗重塑的风电机组宽频带振荡抑制技术框图；
图7为本发明的基于在线阻抗重塑的直驱风电机组宽频带振荡抑制仿真验证。
具体实施方式
本发明的一种新能源发电振荡抑制方法，实时采集机组端口电压、电流瞬时量，通过在线FFT分析，得出次/超同步、中频段、高频段等不同频段的振荡分量，通过振荡识别和判定触发告警信号，启动控制参数的在线调整，对风电机组锁相环、电流环、直流电压环等多回路控制参数进行调整，实现振荡抑制。为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1：
本发明提出一种新能源发电振荡抑制方法，如图2所示，包括：
S1、对于采集的机组端口电压、电流瞬时量，利用在线FFT分析确定各频段的振荡分量；
S2、对各频段的振荡分量进行振荡识别；
S3、基于振荡识别结果按振荡频段和所述频段对应的触发条件启动控制参数的在线调整，实现振荡抑制。
下面，详述本发明一种新能源发电振荡抑制方法，其过程如图3所示。
步骤S1、对于采集的机组端口电压、电流瞬时量，利用在线FFT分析确定各频段的振荡分量；具体包括：
为了进行宽频带振荡的实时监测，进行电压电流采样频率及频谱分析时间窗长的初始化设置。电压电流采样频率的设置与监测频率带宽范围有关，对于次/超同步振荡，1kHz的采样频率能够满足振荡监测与控制的精度要求，而对于1kHz以上的高频振荡，电压电流采样频率应达到5kHz以上。频谱分析时间窗长的选择涉及频率分辨率和算法速度的要求，较长的数据窗能够达到更高精度的频率分辨率，同时带来的是计算时间的增加。对于风电机组的振荡抑制控制，更为重要的是分析和控制算法的执行速度，因此，频谱分析时间窗长设置为1秒。
步骤S2、对各频段的振荡分量进行振荡识别，包括：
对不同频段按照振荡电流分量幅值排序。由于风电机组并网系统不同频段振荡问题涉及的控制环节和参数不同，因此，在振荡分量实时监测环节，按照次/超同步频段、中频段和高频段不同频段分别按照振荡电流分量幅值排序，以便快速识别不同频段的主导振荡分量。次/超同步频段一般设为1～100Hz范围，中频段一般设为100Hz到风电机组电流环带宽频率左右，设为fMB，高频段为电流环带宽频率以上频率范围。
步骤S3、基于振荡识别结果按振荡频段和所述频段对应的触发条件启动控制参数的在线调整，包括：
当监测到不同频段振荡分量时，触发基于控制参数在线调整的振荡抑制控制。控制触发机制的核心是设置触发方式和条件，设置两种触发条件，如图4所示，一是当任意频率振荡电流幅值达到阈值1即Im1,ssb时，直接触发抑制控制；二是，振荡电流幅值未达到Im1,ssb，但达到阈值2即Im2,ssb时，触发计时器，当振荡持续时间达到Tm,ssb时，触发振荡抑制控制，Im2,ssb＜Im1,ssb。通过设置上述振荡幅值触发和振荡时间触发两种方式，一方面可以减少运行过程中的扰动造成的误动作，另一方面，对于发散速度快的振荡，可实现快速响应和控制。由于不同的频段的振荡问题主导的控制环节和参数不同，故应分频段单独设定阈值等参数，单独触发。
依据前述风电机组控制参数优化方法，以及宽频带振荡的告警触发机制，提出风电机组次/超同步振荡控制参数在线调整方法。按照不同短路比的适应性，设置三组或多组控制参数，如图5所示，例如，
Figure BDA0003466435460000051
和
Figure BDA0003466435460000052
和
Figure BDA0003466435460000053
和
Figure BDA0003466435460000054
表示三组锁相环控制参数，
Figure BDA0003466435460000055
和
Figure BDA0003466435460000056
和
Figure BDA0003466435460000057
和
Figure BDA0003466435460000058
表示三组直流电压环控制参数，
Figure BDA0003466435460000059
和
Figure BDA00034664354600000510
和
Figure BDA00034664354600000511
和
Figure BDA00034664354600000512
表示三组电流环控制参数。当收到控制触发信号时，按照触发振荡告警信号依次递增在线调整控制参数。当第1次触发振荡告警信号时，将锁相环控制参数从
Figure BDA00034664354600000513
和
Figure BDA00034664354600000514
调整到
Figure BDA00034664354600000515
和
Figure BDA00034664354600000516
将电流环控制参数从
Figure BDA00034664354600000517
和
Figure BDA00034664354600000518
调整到
Figure BDA00034664354600000519
和
Figure BDA00034664354600000520
当第2次振荡告警信号触发时，将直流电压环控制参数从
Figure BDA00034664354600000521
和
Figure BDA00034664354600000522
调整到
Figure BDA00034664354600000523
和
Figure BDA00034664354600000524
当第3次振荡告警信号触发时，将锁相环控制参数从
Figure BDA00034664354600000525
和
Figure BDA00034664354600000526
调整到
Figure BDA00034664354600000527
和
Figure BDA00034664354600000528
将电流环控制参数从
Figure BDA00034664354600000529
和
Figure BDA00034664354600000530
调整到
Figure BDA00034664354600000531
和
Figure BDA00034664354600000532
当第4次振荡信号触发时，将直流电压环控制参数从
Figure BDA0003466435460000061
和
Figure BDA0003466435460000062
调整到
Figure BDA0003466435460000063
和
Figure BDA0003466435460000064
若振荡仍无法平息，则触发停机指令。由于不同频段的振荡问题主导的控制环节和参数不同，因此，不同频段的振荡控制可设置不同顺序的参数调整策略。对于次/超同步振荡，主导控制环节为锁相环和直流电压环，因此，针对次/超同步振荡，控制参数的调整策略以锁相环和直流电压环参数为主。
上述方法仅考虑次/超同步振荡下基于振荡分量识别及告警触发机制的振荡控制参数在线调整方法步骤。在实际应用中，由于工况的变化，振荡频率分布在各个频段内，不同频段的振荡问题主导因素也各不相同，故应在线进行振荡分量识别并针对振荡分量分布频段分别分析，设置不同顺序的参数调整策略，快速响应抑制振荡。
本实施例中控制参数的设置可以按照常规方式设置也可以按照实施例4的过程基于阻尼比灵敏度进行确定。
实施例2：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种新能源发电振荡抑制系统，包括：
采集模块，用于对于采集的机组端口电压、电流瞬时量，利用在线FFT分析确定各频段的振荡分量；
识别模块，用于对各频段的振荡分量进行振荡识别；
抑制模块，用于基于振荡识别结果按振荡频段和所述频段对应的触发条件启动控制参数的在线调整，实现振荡抑制。
其中，识别模块具体用于：基于不同频段分别按照振荡电流分量幅值排序，识别出各频段的主导振荡分量。
抑制模块具体用于：按照不同短路比的适应性，针对各振荡频段分别按顺序设置至少三组控制参数；当收到控制触发信号时，按照触发振荡告警信号基于所述顺序依次递增在线调整控制参数直到振荡抑制成功或触发停机指令；所述各振荡频段的控制参数的设置顺序不同。
本实施例的一种新能源发电振荡抑制系统是为了实现本发明提供的一种新能源发电振荡抑制方法而设计的软件系统，因此本实施例中各模块实现的功能与实施例1一致，这里不再赘述。
实施例3
基于本发明的一种新能源发电振荡抑制方法，在实时仿真平台中搭建上图6所示系统的仿真模型，振荡监测与抑制控制模块采用C语言编程实现，直驱风电机组采用并网逆变器模型。
振荡抑制控制仿真结果如图7所示。在5s时，增加风电机组有功功率，振荡电流幅值达到Im2,ssb，触发计时器，达到设置的时间阈值Tm,ssb＝1s时，控制触发，控制参数由初始参数组1调整到参数组2。随着功率的不断增大，11.3s时，再次达到振荡电流阈值，12.3s时控制触发，调整至参数组3，振荡逐步衰减，但是振荡累计时间再次达到Tm,ssb，控制再次触发，调整至参数组4，振荡逐渐消除。
实施例4
基于阻尼比灵敏度确定风电机组控制参数之前需要，先构建新能源发电并网逆变器的阻抗模型，然后对新能源并网系统宽频带动态建模与稳定性分析，然后基于上述理论确定风电机组控制参数。
首先构建新能源发电并网逆变器的阻抗模型：
典型新能源并网逆变器的电路和控制结构主要包括直流母线电容，三相H桥开关电路，交流滤波电感等电路环节，以及锁相环、电流环、直流母线电压环、PMW调制等控制环节。
新能源发电侧等效为恒定的电流源Id，直流母线电压控制的功能是控制直流母线电压保持在额定值Vdc，并给出d轴电流控制的参考值idref。锁相控制的功能是跟踪电网电压，得到相角θPLL，用于三相静止坐标系与dq旋转坐标系的变换。电流控制的功能是控制并网逆变器输出的电流跟踪指令值idref和iqref。
直流母线电容动态、锁相环控制等电路和控制的非线性因素会引起逆变器的频率耦合效应，在三相静止坐标系下的具体表现为：在频率为fp的正序小信号电压扰动下，逆变器除了会产生对应频率的正序电流响应外，还会产生频率为fp-2f1的负序电流响应，反之同理。对于三相交流系统，当fp＜2f1时，负频率fp-2f1下的负序分量在数学上与正频率2f1-fp的正序分量的共轭等价。逆变器存在频率耦合效应，为了描述其扰动、响应特性，并网逆变器的序阻抗模型被推广为正、负序不同频率耦合的2×2矩阵模型，如下，
Figure BDA0003466435460000081
Figure BDA0003466435460000082
其中，
Figure BDA0003466435460000083
和
Figure BDA0003466435460000084
分别为正、负序下频率fp和频率fp-2f1的小信号电压扰动，
Figure BDA0003466435460000085
和
Figure BDA0003466435460000086
分别为对应的电流响应，Yp(s)为逆变器在频率fp下的正序导纳，Yn(s-j2ω1)为逆变器在频率fp-2f1下的负序导纳，Yc(s)和Yr(s-j2ω1)为逆变器在频率fp下正序和频率fp-2f1下负序之间的耦合导纳。
Yp(s)为逆变器在频率fp下的正序电压扰动下，产生的正序电流响应与正序电压扰动的比值，Yc(s)为产生的频率为fp-2f1的负序电流响应与正序电压扰动的比值。同时，由负频率的负序分量与正频率正序分量的共轭关系可得，
Figure BDA0003466435460000087
Figure BDA0003466435460000088
其中，“*”表示复数共轭，因此，可在只计算Yp(s)和Yc(s)的基础上，通过上述关系得出Yn(s-j2ω1)和Yr(s-j2ω1)。
根据已有的研究成果，可得考虑直流母线电容动态和电压控制的并网逆变器阻抗/导纳模型为，
Figure BDA0003466435460000089
Figure BDA00034664354600000810
其中，
Figure BDA00034664354600000811
Figure BDA0003466435460000091
Figure BDA0003466435460000092
Figure BDA0003466435460000093
Y00(s)＝sCdc
Figure BDA0003466435460000094
Figure BDA0003466435460000095
Figure BDA0003466435460000096
ω1为基波角频率。V1逆变器端口电压相量，
Figure BDA0003466435460000097
I1为逆变器输出电流相量，
Figure BDA0003466435460000098
PS为逆变器输出的有功功率，QS为逆变器输出的无功功率，V1、I1、PS和QS表示了逆变器运行的稳态工作点。L为逆变器的滤波电感，Cdc为逆变器的直流母线电容，Vdc为直流母线的额定电压，也是稳态运行点下的直流母线电压，Kd为电流控制的解耦系数，一般等于ω1L。
由以上式(1-5)和式(1-6)可以看出，阻抗/导纳模型与逆变器的电路参数、控制参数，以及运行工况均密切相关，故阻抗特性重塑的方法涉及控制参数优化和运行工况。可以通过基于多组运行工况对控制参数进行优化，实现阻抗特性重塑，从而改善和抑制新能源并网系统振荡问题。
双馈风电机组的电路和控制结构包括：感应异步发电机，背靠背变流器(网侧变流器和机侧变流器)，以及相应的锁相环、电流环等控制回路。va、vb、vc为电网侧(即定子侧)电压；ica、icb、icc为网侧变流器输出三相电流；isa、isb、isc为感应发电机定子侧输出电流；ira、irb、irc为机侧变流器输出电流；θm为转子位置角；Lf为网侧变流器交流滤波电感；θPLL为锁相环输出的电网电压相位角；HPLL(s)为锁相环控制器传递函数；Icd、Icq为网侧变流器dq轴电流指令；Ird、Irq为机侧变流器dq轴电流指令；Hsi(s)、Hri(s)分别为网侧和机侧变流器电流控制器传递函数，Ksd、Krd分别为网侧和机侧变流器电流控制解耦系数；msa、msb、msc为网侧变流器调制信号；mra、mrb、mrc为机侧变流器调制信号。
可以看出，双馈风电机组的感应发电机定子侧和网侧变流器均接入电网，因此，其阻抗相当于机侧阻抗(包括定子、转子及机侧变流器)和网侧变流器阻抗两部分的并联。由于网侧变流器的电路和控制与上述典型并网逆变器相同，这里不再详述其表达式，参考并网逆变器的频率耦合序阻抗模型，将其定义为，
Figure BDA0003466435460000101
双馈风电机组机侧阻抗与感应发电机的电路参数、控制环节、运行工作点均有关。基本控制环节和网侧逆变器相同，均考虑锁相环和电流环，而机侧阻抗和网侧变流器阻抗的主要不同体现在基本的电路结构，感应电机内部定转子分量之间由定转子电阻、定转子漏电感、互感组成，且受电机转速的影响。因此，机侧阻抗表达式相对较为复杂，同理将其形式定义为，
Figure BDA0003466435460000102
其中，
Figure BDA0003466435460000103
Figure BDA0003466435460000111
式中，s'＝s-j2ω1；Ir1为稳定运行工作点的转子侧变流器的输出电流基波相量；Mr1为稳定运行工作点的转子侧变流器的电压调制信号相量；Ke为定、转子匝数比；Rr和Rs为折算到定子侧的定、转子电阻；Lr和Ls为折算到定子侧的定、转子电感；Lm为折算到定子侧的定、转子间的等效互感；σp(s)＝(s-j2πfm)/s为转差系数。
根据式(1-3)和(1-4)的共轭关系，可同理得到Yn,r(s′)和Yr,r(s′)的表达式。最终，可得出双馈风电机组的阻抗模型为，
Ydfig(s)＝Ydfig,gsc(s)+Ydfig,r(s) (1-11)
由以上式(1-7)至式(1-11)可以看出，阻抗模型与逆变器的电路参数、控制参数，以及运行工况均密切相关，故可以得到类似的结论，即其阻抗特性重塑的方法涉及控制参数优化和运行工况。
最后对新能源并网系统宽频带动态建模与稳定性分析：
基于建立的新能源发电装置序阻抗模型，可为单机并网系统建模构建等效电路模型。
设电网电压注入正序小扰动信号
Figure BDA0003466435460000112
风电机组端口电压扰动分量
Figure BDA0003466435460000113
在耦合频率下产生的负序电流响应由受控电流源
Figure BDA0003466435460000114
表示，该电流通过电网和风电机组阻抗将在机组端口产生负序电压
Figure BDA0003466435460000115
该电压又将在原扰动频率下产生正序电流响应
Figure BDA0003466435460000116
和
Figure BDA0003466435460000117
表达式如下，
Figure BDA0003466435460000118
Figure BDA0003466435460000119
上述等效电路模型可描述为以正、负序电压扰动
Figure BDA0003466435460000121
为输入，以正、负序响应
Figure BDA0003466435460000122
为输出的两输入两输出系统，其开环传递函数矩阵如式(1-14)所示，系统的稳定性判别应采用推广的Nyquist判据，通过分析式(1-7)两个特征根的轨迹对(-1，0j)点的环绕判定系统稳定性。
Figure BDA0003466435460000123
同时，经过整理，等效电路模型和上述两输入两输出系统，可变换为单输入单输出系统，单输入单输出系统的闭环传递函数为：
Figure BDA0003466435460000124
其中，Yq(s)表征了逆变器与电网之间的频率耦合效应，可视为逆变器并联了一个额外的导纳/阻抗，
Figure BDA0003466435460000125
于是，系统的稳定性分析仍可以基于阻抗比(Yp(s)+Yq(s))/Yg(s)采用单输入单输出的Nyquist稳定性判据进行分析。
另一方面，系统的稳定性可以通过分析闭环传递函数的极点分布实现，由式(1-15)可知，求解系统的闭环极点，
Y1wt(s)＝Yp(s)+Yq(s)+Ygp(s) (1-17)
设风电机组接入给定的电网系统存在Ns个振荡模式，即式(1-17)存在Ns个零点即闭环极点，
si＝-σi+jωi，i＝1,2,...,Ns
当所有闭环极点均处于复平面的左半平面时，即对任意si，均有σi＞0，则系统稳定。事实上，在基于阻抗的系统模型中，系统的闭环极点等价于系统的振荡/谐振模式。σi为振荡模式的衰减因子，ωi为振荡频率，若σi＞0，即衰减因子为正，则振荡模式i稳定，反之，则不稳定。
针对每个振荡模式，可计算阻尼比，
Figure BDA0003466435460000131
基于上述内容，本实施例提出一种基于阻尼比灵敏度确定风电机组的控制参数的方法，包括：
S1、基于风电机组发电装置结构确定阻抗模型；
S2、基于所述阻抗模型，选取多组运行工况和多组控制参数；
S3、基于各工况，依次对各组控制参数在各振荡模式下进行稳定性分析，确定所述工况下的优化参数组；
S4、选取满足所有工况稳定性要求的至少一个优化参数组作为风电机组的控制参数；
其中，所述阻抗模型至少包括：多个控制参数和多个运行工况；所述在各振荡模式下进行稳定性分析包括基于各工况利用各参数对所有振荡模式下的阻尼比的灵敏度确定所述工况下的优化参数组。
在执行本发明的步骤S1之前，先确定控制参数与各振荡模式下阻尼比的灵敏度的关系：
设新能源发电装置可优化的控制参数个数为Nk，对每个参数取不同的值，组成参数组K，
K＝{kj}，j＝1,2,...,Nk (2-1)
定义控制参数对振荡模式阻尼比的灵敏度为，
Figure BDA0003466435460000132
若ρij＞0，则表明增大控制参数kj，振荡模式i的阻尼比ξi增大，该振荡模式趋于稳定，即控制参数kj与振荡模式i的稳定性正相关；反之，则说明控制参数kj与振荡模式i的稳定性负相关。同时，ρij绝对值越大，则表明控制参数kj对振荡模式i的稳定性作用越大。可通过控制参数对多个振荡模式阻尼比灵敏度的加权求和，以获取该控制参数对系统宽频带振荡稳定性提升最大的优化方向。
下面，对本发明提出的一种基于阻尼比灵敏度的风电机组阻抗重塑方法进行详细介绍。
步骤S1、基于风电机组发电装置结构确定阻抗模型，具体包括：
1，确定电网阻抗(或导纳)，对于感性弱电网，给定短路比以及等效电网阻抗的阻感比等参数，对于串补电网，给定等效电网阻抗的电阻、电抗和串联电容等参数，写出电网阻抗形式如下，
Figure BDA0003466435460000141
Figure BDA0003466435460000142
其中，Rg为电网阻抗的等值电阻，Lg为电网阻抗的等值电感，Cg为电网阻抗的等值电容，Zgp(s)和Ygp(s)为扰动频率下的电网正序阻抗和导纳，Zgn(s′)和Ygn(s′)为耦合频率下的电网负序阻抗和导纳。
需要注意的是，对于串补电网，等值阻抗表达式可能与串补电容接入的位置有关，这里仅给出标准形式以说明方法。
2，确定风电机组的电路与控制结构，得出其阻抗模型，为描述控制参数和运行工况对阻抗特性的影响，将阻抗模型重写为，
Yp(s,K,O)，Yc(s,K,O)，Yr(s′,K,O)和Yn(s′,K,O) (2-5)
其中，O＝{P,Q,V,I}为风电机组的运行工况参数组，表明了机组输出有功、无功功率，端口电压和输出电流的基波相量；Yp(s,K,O)为风电机组在扰动频率下的正序导纳，Yc(s,K,O)为风电机组扰动频率到耦合频率的耦合导纳，Yr(s′,K,O)为风电机组耦合频率到扰动频率的耦合导纳，Yn(s′,K,O)为风电机组在耦合频率下的负序导纳。
步骤S2、基于所述阻抗模型，选取多组运行工况和多组控制参数，具体包括：
1，选取No组运行工况，Om，m＝1,2,...,No，No一般取10～20，下面针对No组运行工况分别进行多回路参数优化。
步骤S3、基于各工况，依次对各组控制参数在各振荡模式下进行稳定性分析，确定所述工况下的优化参数组，具体包括：
步骤1，从多组运行工况中依次选取工况；
步骤2，基于选取的工况，对各控制参数组依次计算各振荡模式下的阻尼比；
步骤3，当所述控制参数组对应的各振荡模式下的阻尼比均满足稳定性要求时，所述参数组为所述工况对应的优化参数组，继续执行步骤1，直到计算完所有工况后退出；否则，执行步骤4；
步骤4，依次对各参数组中各参数叠加扰动继续计算各参数对所有振荡模式下的阻尼比的灵敏度；并计算所述参数所有振荡模式下的阻尼比的灵敏度之和；
步骤5，基于灵敏度之和对各参数基于加权法进行优化调整，执行步骤2。
其过程具体为：
将参数组K(首轮优化代入初始参数Ko)和工况Om代入，根据公式如下，
Y1wt(s)＝Yp(s)+Yq(s)+Ygp(s) (2-6)
根据式(2-4)获取系统闭环传递函数Y1wt(s,K,Om)，求取非零根，得出系统的Ns个振荡模式，si＝-σi+jωi，以及阻尼比ξi，i＝1,2,...,Ns，
Y1wt(s,K,Om)＝0 (2-7)
对任意振荡模式si，均有阻尼比ξi≥ξε，ξε＞0，参数组K能够保证该工况下的稳定，定义为获取工况Om下的优化参数组Km，回到第三步，继续对下一组运行工况进行参数优化；反之，则获取所有阻尼比ξi＜ξε的风险振荡模式，设存在Nsr个风险振荡模式，si＝-σi+jωi，i＝1,2,...,Nsr。
依次对所有可优化参数kj叠加扰动Δkj，j＝1,2,...,Nk，Δkj是以初始值为基准的标幺值，
0.01≤Δkj≤0.05 (2-8)
由式(2-4)计算各个参数kj对各个振荡模式阻尼比的灵敏度，ρij，i＝1,2,...,Nsr，j＝1,2,...,Nk，接着，计算各个参数kj对所有振荡模式阻尼比的灵敏度之和，
Figure BDA0003466435460000151
值得注意的是，控制参数kj对不同振荡模式阻尼比变化的作用方向可能相反，即灵敏度的正负不同，通过阻尼比灵敏度求和，可综合得出该参数对所有振荡模式的整体作用，以确定提升整体宽频带特性的优化方向。同时，对于实际振荡问题中突出的不稳定振荡模式，可采用加权的方式加快对该振荡模式稳定性的提升效果和参数优化效率。
对可优化参数kj，j＝1,2,...,Nk，进行优化调整，
Figure BDA0003466435460000161
返回第四步进行下一轮迭代优化。
最终获取No组运行工况下的优化参数组Km，m＝1,2,...,No。
上述方法通过综合考虑不同控制回路参数对风电机组并网系统不同频段振荡稳定性的影响及量化指标。在实际应用中，既可根据运行工况，动态调整控制参数，以满足不同工况下的稳定要求；也可选取最恶劣运行工况下的优化参数组，并对不同工况下的稳定性进行校验，选取一组或多组能够满足所有运行工况下稳定性的参数。
本实施例基于阻尼比灵敏度确定风电机组控制参数的方法，基于频域阻抗方法，建立风电机组多回路控制参数与其宽频带动态特性的内在联系，定义了多回路控制参数对新能源并网振荡模式的阻尼比灵敏度指标，基于该阻尼比灵敏度指标，提出了多回路参数协同优化的新能源发电阻抗重塑方法，实现宽频带振荡的抑制。
新能源发电装置的阻抗特性受电路参数、控制参数和运行工况影响，考虑到其中电路参数在装置设计时已经确定，故仅可通过控制参数的优化的方式重塑阻抗模型，使其在更大的工况范围内均适用。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种新能源发电振荡抑制方法，其特征在于，包括：
对于采集的机组端口电压、电流瞬时量，利用在线FFT分析确定各频段的振荡分量；
对各频段的振荡分量进行振荡识别；
基于振荡识别结果按振荡频段和所述频段对应的触发条件启动控制参数的在线调整，实现振荡抑制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对各频段的振荡分量进行振荡识别，包括：
基于不同频段分别按照振荡电流分量幅值排序，识别出各频段的主导振荡分量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述触发条件包括：基于振荡电流幅值触发和基于振荡电流幅值结合振荡持续时间触发。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于振荡电流幅值触发，包括：
当任意频率振荡电流幅值达到第一阈值时，直接触发抑制控制。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于振荡电流幅值结合振荡持续时间触发，包括：
振荡电流幅值未达到第一阈值，但达到第二阈值时，触发计时器，当振荡持续时间达到时间阈值时，触发振荡抑制控制；
其中，第二阈值小于第一阈值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于振荡识别结果按振荡频段和所述频段对应的触发条件启动控制参数的在线调整，包括：
按照不同短路比的适应性，针对各振荡频段分别按顺序设置至少三组控制参数；
当收到控制触发信号时，按照触发振荡告警信号基于所述顺序依次递增在线调整控制参数直到振荡抑制成功或触发停机指令；
所述各振荡频段的控制参数的设置顺序不同。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振荡频段包括：次/超同步频段、中频段和高频段；
其中，所述次/超同步频段为1～100Hz范围内；所述中频段为100Hz～fMB范围内；所述高频段为大于fMB；所述fMB为电流环带宽频率。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在采集机组端口电压、电流瞬时量之前，还包括：
为所述次/超同步频段设定不小于1kHz的采样频率；
为所述高频段设定大于5kHz的采样频率；
为所述中频段设定1kHz到5kHz之间的任意一个采样频率；
设定频谱分析时间窗长。
9.一种新能源发电振荡抑制系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于对于采集的机组端口电压、电流瞬时量，利用在线FFT分析确定各频段的振荡分量；
识别模块，用于对各频段的振荡分量进行振荡识别；
抑制模块，用于基于振荡识别结果按振荡频段和所述频段对应的触发条件启动控制参数的在线调整，实现振荡抑制。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述识别模块具体用于：基于不同频段分别按照振荡电流分量幅值排序，识别出各频段的主导振荡分量。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述抑制模块具体用于：按照不同短路比的适应性，针对各振荡频段分别按顺序设置至少三组控制参数；当收到控制触发信号时，按照触发振荡告警信号基于所述顺序依次递增在线调整控制参数直到振荡抑制成功或触发停机指令；所述各振荡频段的控制参数的设置顺序不同。
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