CN115622086A - 考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法 - Google Patents

考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法 Download PDF

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CN115622086A CN202211502814.6A CN202211502814A CN115622086A CN 115622086 A CN115622086 A CN 115622086A CN 202211502814 A CN202211502814 A CN 202211502814A CN 115622086 A CN115622086 A CN 115622086A
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周吉
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Abstract

本发明公开了一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，属于电力系统暂态稳定控制领域，包括以下步骤：步骤1、根据双馈风机各端口节点的状态量，形成各自的暂态能量数学模型；步骤2、定义暂态能量变化率，评估系统稳定水平；步骤3、依据系统振荡时，各部分暂态能量变化率对系统阻尼贡献程度的不同，筛选出关键部分，创建附加能量控制支路产生阻尼抑制；步骤4、设计目标优化函数，设置模糊控制器，实现关键参数自适应变化；该考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，可以根据系统受到扰动的情况自适应改变参数设置，产生的有源阻尼能够有效抑制次同步振荡，提高了双馈风机并网系统的暂态稳定性。

Description

考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法
技术领域
本发明属于电力系统暂态稳定控制领域，具体涉及双馈风机次同步振荡抑制方法。
背景技术
随着高比例新能源发电和高比例电力电子设备接入的“双高”电力系统发展，势必将带来越来越多的稳定性问题。目前新能源发电中风力发电的比重逐年提升，越来越多的大规模海上风力发电项目建成落地。双馈式风机由于建造成本低单体容量大，逐渐成为风力发电设备的主力，但因其与电力电子设备的强耦合关系、与串联补偿电网的互相作用，往往带来次同步振荡问题。
电力系统振荡问题是小干扰稳定分析的重点内容，也是当下系统安全的主要威胁之一。目前电网发生的振荡事故除了传统的低频振荡，更多的是因串联补偿或者电力电子设备带来的次同步振荡。次同步振荡已经成为威胁电力系统安全稳定运行的突出问题，亟需技术革新来判断振荡源以及制定振荡发生后有效的抑制措施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，以解决双馈风机并网运行时对产生的次同步振荡能够主动采取有效的自适应抑制的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，包括以下步骤：
步骤1、根据双馈风机各端口节点的状态量，形成各自的暂态能量数学模型；
步骤2、定义暂态能量变化率，评估系统稳定水平；
步骤3、依据系统振荡时，各部分暂态能量变化率对系统阻尼贡献程度的不同，筛选出关键部分，创建附加能量控制支路产生阻尼抑制；
步骤4、设计目标优化函数，设置模糊控制器，实现关键参数自适应变化。
优选的，步骤1中，所述依据节点电流电压方程，选取双馈风机各端口状态量构建各自暂态能量数学模型；
其中，采用瞬时值分析的暂态能量流如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
式中：
Figure 952096DEST_PATH_IMAGE002
为支路
Figure DEST_PATH_IMAGE003
流经的电流；
Figure 555116DEST_PATH_IMAGE004
表示节点
Figure DEST_PATH_IMAGE005
的电压，坐标为
Figure 729745DEST_PATH_IMAGE006
坐标系,
Figure 861649DEST_PATH_IMAGE008
为求解括号内复数的虚部；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为支路
Figure 387308DEST_PATH_IMAGE003
流经电流的共轭复数，其中
Figure 262861DEST_PATH_IMAGE010
为求复数共轭的数学符号；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为支路
Figure 88734DEST_PATH_IMAGE003
流经电流在
Figure 860381DEST_PATH_IMAGE012
坐标下的值；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为支路
Figure 138916DEST_PATH_IMAGE003
流经电流在
Figure 552579DEST_PATH_IMAGE014
坐标下的值；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为支路
Figure 967380DEST_PATH_IMAGE003
流经电压在
Figure 441087DEST_PATH_IMAGE012
坐标下的值；
Figure 144601DEST_PATH_IMAGE016
为支路
Figure 361955DEST_PATH_IMAGE003
流经电压在
Figure 365683DEST_PATH_IMAGE014
坐标下的值。
其中暂态能量流的计算，基于节点电压方程以及双馈风机拓扑结构，构造双馈风机能量系统方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，
式中：
Figure 541450DEST_PATH_IMAGE018
为节点导纳矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为各节点电压；
Figure 528997DEST_PATH_IMAGE020
表示发电机节点注入电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为负荷节点注入电流。
优选的，双馈风机发生次同步振荡一般为采用串联补偿的电路拓扑，且大电网电压始终保持不变，电压变化率为0，可以认为其能量为基准零点，此时系统总能量将由双馈风机与形成的串联补偿电路共同组成，结合上述公式进行推导，系统能量为：
Figure 815622DEST_PATH_IMAGE022
，
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
分别为双馈风机系统和串联补偿线路产生的暂态能量；
Figure 408278DEST_PATH_IMAGE024
为常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 754945DEST_PATH_IMAGE026
表示第
Figure DEST_PATH_IMAGE027
台双馈风机的端口电流和端口电压；
Figure 964210DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure DEST_PATH_IMAGE029
分别为双馈风机端口电压电流的
Figure 54526DEST_PATH_IMAGE030
轴分量；
Figure DEST_PATH_IMAGE031
双馈风机有功功率输出；
Figure 298425DEST_PATH_IMAGE032
为双馈风机功角；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为双馈风机转子角速度
Figure 815994DEST_PATH_IMAGE034
轴分量；
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为串联补偿线路的电容值；
Figure 778134DEST_PATH_IMAGE036
为串联补偿线路的电抗值；
Figure DEST_PATH_IMAGE037
为双馈风机端口电压值。
优选的，步骤1中，基于李雅普诺夫稳定性判据，双馈风机发生次同步振荡时暂态能量瞬时变化可定义为：
Figure 406561DEST_PATH_IMAGE038
；
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE039
为双馈风机系统产生的暂态能量变化量；
Figure 504967DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure DEST_PATH_IMAGE041
分别为双馈风机端口电流电压变化量的
Figure 193438DEST_PATH_IMAGE030
轴分量；
Figure 846136DEST_PATH_IMAGE042
为双馈风机有功输出变化量；
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为双馈风机功角变化量。
优选的，步骤2中，暂态能量变化率依据上述对于暂态能量变化量的关系定义，将双馈风机暂态能量变化量
Figure 278254DEST_PATH_IMAGE044
关于时间导数定义为暂态能量变化率
Figure DEST_PATH_IMAGE045
，其表达式为：
Figure 496746DEST_PATH_IMAGE046
；
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为双馈风机系统产生的暂态能量变化量；
Figure 418435DEST_PATH_IMAGE048
为时间。
依据暂态能量变化率判断系统稳定性，当
Figure 558429DEST_PATH_IMAGE050
时，双馈风机端口能量逐渐减少至最低点，系统稳定且收敛，当
Figure 997500DEST_PATH_IMAGE052
时，暂态能量释放和消耗达到平衡，系统处于临界稳定状态，当
Figure 539340DEST_PATH_IMAGE054
时，双馈风机端口能量逐渐增大至发散，系统失稳。
优选的，步骤3中，依据系统拓扑结构划分暂态能量流通通路，分别判断计算各自能量对能量变化率的影响，筛选出关键部分。
其中，对支路的划分为有功控制支路和无功控制支路，结合风机线性化模型以及能量推导过程以及双馈风机能量同时受到dq轴电压电流以及转子侧有功相角的双重影响，再次划分为四条支路。
优选的，每条支路的暂态能量变化率计算需要假定双馈风机定子磁链恒定，不考虑定子电阻，联立双馈风机dq坐标下定转子电压磁链方程，得出振荡发生时双馈风机转子电压电流变化量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE055
，
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE057
分别为双馈风机转子电压
Figure 366351DEST_PATH_IMAGE058
轴分量变化量；
Figure DEST_PATH_IMAGE059
分别为双馈风机定子电流
Figure 524800DEST_PATH_IMAGE058
轴分量变化量；
Figure 767562DEST_PATH_IMAGE060
分别为双馈风机转子电流
Figure 429488DEST_PATH_IMAGE058
轴分量变化量；
Figure DEST_PATH_IMAGE061
分别为定子、转子等效自感；
Figure 630662DEST_PATH_IMAGE062
为定转子之间互感；
Figure DEST_PATH_IMAGE063
为双馈风机的转差角速度。
优选的，通过上述公式的迭代推导，分别计算各支路的暂态能量变化率，分别为
Figure 214090DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure DEST_PATH_IMAGE065
，通过判断表达式符号来判断该支路对系统作用的正负。
如图3所示，由此得出结论：受无功控制影响的支路
Figure 791702DEST_PATH_IMAGE066
对振荡的贡献度较小，而
Figure DEST_PATH_IMAGE067
与其他支路的耦合复杂度不适用于附加能量补偿支路的设计以产生阻尼抑制作用，故筛选出
Figure 636030DEST_PATH_IMAGE068
支路有助于降低系统暂态能量变化率，提升系统稳定性，其表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE069
，
式中：
Figure 211368DEST_PATH_IMAGE070
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE071
为工频转子角速度，
Figure 78830DEST_PATH_IMAGE072
为次同步振荡扰动下转子角速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE073
为转速基准值；
Figure 372318DEST_PATH_IMAGE074
为定子电压幅值；
Figure DEST_PATH_IMAGE075
为虚拟阻尼系数；
Figure 133470DEST_PATH_IMAGE076
为虚拟惯量时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE077
为扰动电流幅值；
Figure 738763DEST_PATH_IMAGE078
为转子电流
Figure DEST_PATH_IMAGE079
轴稳态分量；
Figure 359100DEST_PATH_IMAGE080
为虚拟电阻；
Figure DEST_PATH_IMAGE081
分别为定子等效自感和定转子之间互感。
优选的，步骤4中，设计目标优化函数，其附加能量阻尼支路的表达式为：
Figure 12936DEST_PATH_IMAGE082
，
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE083
为转子电压相角变化量；
Figure 35118DEST_PATH_IMAGE084
为转速基准值；
Figure 217838DEST_PATH_IMAGE075
为虚拟阻尼系数；
Figure 528734DEST_PATH_IMAGE076
为虚拟惯量时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE085
双馈风机定子有功变化量；
Figure 986260DEST_PATH_IMAGE086
为附加能量支路的控制参数；
此时对应的暂态能量变化率表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE087
，
式中：
Figure 862949DEST_PATH_IMAGE070
，其中
Figure 216570DEST_PATH_IMAGE071
为工频转子角速度，
Figure 14762DEST_PATH_IMAGE072
为次同步振荡扰动下转子角速度；
Figure 948082DEST_PATH_IMAGE073
为转速基准值；
Figure 148120DEST_PATH_IMAGE074
为定子电压幅值；
Figure 672642DEST_PATH_IMAGE075
为虚拟阻尼系数；
Figure 958130DEST_PATH_IMAGE076
为虚拟惯量时间常数；
Figure 491879DEST_PATH_IMAGE077
为扰动电流幅值；
Figure 546423DEST_PATH_IMAGE078
为转子电流
Figure 507426DEST_PATH_IMAGE079
轴稳态分量；
Figure 280210DEST_PATH_IMAGE080
为虚拟电阻；
Figure 352071DEST_PATH_IMAGE081
分别为定子等效自感和定转子之间互感；
Figure 261121DEST_PATH_IMAGE088
为附加能量支路的控制参数；
Figure DEST_PATH_IMAGE089
为公式拉氏变换后的变量，引入附加能量支路控制后有功功率支路控制方程为：
Figure 924183DEST_PATH_IMAGE090
，
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE091
为转子电压相角；
Figure 449843DEST_PATH_IMAGE092
为双馈风机虚拟定子角速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE093
为双馈风机转子角速度；
Figure 856553DEST_PATH_IMAGE094
为转速基准值；
Figure DEST_PATH_IMAGE095
为附加能量支路的控制参数；
Figure 354531DEST_PATH_IMAGE096
双馈风机定子有功。
优选的，步骤4中，附加能量支路有功功率控制框图。依据附加能量支路对双馈风机次同步振荡的阻尼作用，需要进行控制参数的合理设置。所述构建模糊控制器的步骤包括：
模糊化步骤：将补偿支路控制参数
Figure 657336DEST_PATH_IMAGE095
的基本论域设置为[-1，1]；将输出变量的变化范围设置为[-1，1]，通过定义隶属度函数可将输入输出转化为模糊变量，所述隶属度函数使用三角形和S型隶属度函数，将量化后的输入输出划分为五个等级：NL表示负大、NS表示负小、ZO表示零、PS表示正小、PL表示正大；模糊推理步骤：根据模糊控制规律以及输入输出隶属度函数，设计基于Mamdani型的模糊规则；反模糊化步骤；使用重心法对输出进行反模糊化处理，得到该支路暂态能量变化率。
本发明的技术效果和优点：1）该考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，利用双馈风机控制支路的暂态能量流作为判断系统稳定性的依据，通过公式推导计算筛选出转子侧有功功率的关键影响支路，进而设计出具有自适应阻尼抑制作用的控制框图。解决了双馈风机发生次同步振荡时的无法及时自主抑制的问题，采用暂态能量法相对于其他控制方法具有控制方式简单直接的特点，具有良好的次同步振荡抑制效果，同时也有重要学术意义和工程实用价值；2）本发明考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，对双馈风机发生次同步振荡时依据暂态能量流方法进行计算和筛选，选择对系统阻尼抑制具有关键作用的转子有功控制支路。再次基础上设计附加控制框图，叠加到原有双馈风机控制框图中，能够使得对原有系统的影响最小。其中对于控制框图的关键参数，采用模糊控制的方法，根据场景设置模糊规则，使得关键控制参数能够在多个档位进行适当调节，提高系统控制调节的精度；3）本发明采用模糊控制的方法，模拟专家经验进行参数的自适应调节，能够实现对双馈风机次同步振荡的快速阻尼式响应抑制，是一种智能控制与传统控制经验相的结合的阻尼抑制方法。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法流程图；
图3为本发明系统暂态能量支路划分示意图；
图4为本发明附加能量支路有功功率控制框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：本发明提供了如图1、图2中所示的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，包括以下步骤：
步骤1、根据双馈风机各端口节点的状态量，形成各自的暂态能量数学模型；
依据节点电流电压方程，选取双馈风机各端口状态量构建各自暂态能量数学模型；
其中，采用瞬时值分析的暂态能量流如下：
Figure 139133DEST_PATH_IMAGE001
，
式中：
Figure 552797DEST_PATH_IMAGE002
为支路
Figure 436439DEST_PATH_IMAGE003
流经的电流；
Figure 910146DEST_PATH_IMAGE004
表示节点
Figure 879239DEST_PATH_IMAGE005
的电压，坐标为
Figure 362173DEST_PATH_IMAGE006
坐标系,
Figure DEST_PATH_IMAGE097
为求解括号内复数的虚部；
Figure 631480DEST_PATH_IMAGE009
为支路
Figure 276088DEST_PATH_IMAGE003
流经电流的共轭复数，其中
Figure 732477DEST_PATH_IMAGE010
为求复数共轭的数学符号；
Figure 487944DEST_PATH_IMAGE011
为支路
Figure 346178DEST_PATH_IMAGE003
流经电流在
Figure 896108DEST_PATH_IMAGE012
坐标下的值；
Figure 839794DEST_PATH_IMAGE013
为支路
Figure 602213DEST_PATH_IMAGE003
流经电流在
Figure 314954DEST_PATH_IMAGE014
坐标下的值；
Figure 301365DEST_PATH_IMAGE015
为支路
Figure 466767DEST_PATH_IMAGE003
流经电压在
Figure 564036DEST_PATH_IMAGE012
坐标下的值；
Figure 396863DEST_PATH_IMAGE016
为支路
Figure 554175DEST_PATH_IMAGE003
流经电压在
Figure 472452DEST_PATH_IMAGE014
坐标下的值。
其中暂态能量流的计算，基于节点电压方程以及双馈风机拓扑结构，构造双馈风机能量系统方程：
Figure 373412DEST_PATH_IMAGE098
，
式中：
Figure 60745DEST_PATH_IMAGE018
为节点导纳矩阵；
Figure 388958DEST_PATH_IMAGE019
为各节点电压；
Figure 528953DEST_PATH_IMAGE020
表示发电机节点注入电流；
Figure 968024DEST_PATH_IMAGE021
为负荷节点注入电流。
双馈风机发生次同步振荡一般为采用串联补偿的电路拓扑，且大电网电压始终保持不变，电压变化率为0，可以认为其能量为基准零点。此时系统总能量将由双馈风机与形成的串联补偿电路共同组成，结合上述公式进行推导，系统能量为：
Figure 509864DEST_PATH_IMAGE022
，
式中：
Figure 8978DEST_PATH_IMAGE023
分别为双馈风机系统和串联补偿线路产生的暂态能量；
Figure 636269DEST_PATH_IMAGE024
为常数；
Figure 879031DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 275378DEST_PATH_IMAGE026
表示第
Figure 945393DEST_PATH_IMAGE027
台双馈风机的端口电流和端口电压；
Figure 59980DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 106433DEST_PATH_IMAGE029
分别为双馈风机端口电压电流的
Figure 888445DEST_PATH_IMAGE030
轴分量；
Figure 260520DEST_PATH_IMAGE031
双馈风机有功功率输出；
Figure 862403DEST_PATH_IMAGE032
为双馈风机功角；
Figure 712547DEST_PATH_IMAGE033
为双馈风机转子角速度
Figure 83486DEST_PATH_IMAGE034
轴分量；
Figure 95304DEST_PATH_IMAGE035
为串联补偿线路的电容值；
Figure 184483DEST_PATH_IMAGE036
为串联补偿线路的电抗值；
Figure 307159DEST_PATH_IMAGE037
为双馈风机端口电压值。
优选的，步骤1中，基于李雅普诺夫稳定性判据，双馈风机发生次同步振荡时暂态能量瞬时变化可定义为：
Figure 532604DEST_PATH_IMAGE038
；
式中：
Figure 980903DEST_PATH_IMAGE039
为双馈风机系统产生的暂态能量变化量；
Figure 291799DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 218167DEST_PATH_IMAGE041
分别为双馈风机端口电流电压变化量的
Figure 563697DEST_PATH_IMAGE030
轴分量；
Figure 917318DEST_PATH_IMAGE042
为双馈风机有功输出变化量；
Figure 715510DEST_PATH_IMAGE043
为双馈风机功角变化量。
步骤2，暂态能量变化率依据上述对于暂态能量变化量的关系定义，将双馈风机暂态能量变化量
Figure 445569DEST_PATH_IMAGE044
关于时间导数定义为暂态能量变化率
Figure 645606DEST_PATH_IMAGE045
，其表达式为：
Figure 966866DEST_PATH_IMAGE046
；
式中：
Figure 252353DEST_PATH_IMAGE047
为双馈风机系统产生的暂态能量变化量；
依据暂态能量变化率判断系统稳定性，当
Figure DEST_PATH_IMAGE099
时，双馈风机端口能量逐渐减少至最低点，系统稳定且收敛，当
Figure DEST_PATH_IMAGE051
时，暂态能量释放和消耗达到平衡，系统处于临界稳定状态，当
Figure DEST_PATH_IMAGE053
时，双馈风机端口能量逐渐增大至发散，系统失稳。
步骤3、依据系统振荡时，各部分暂态能量变化率对系统阻尼贡献程度的不同，筛选出关键部分，创建附加能量控制支路产生阻尼抑制；依据系统拓扑结构划分暂态能量流通通路，分别判断计算各自能量对能量变化率的影响，筛选出关键部分。
其中，对支路的划分为有功控制支路和无功控制支路，结合风机线性化模型以及能量推导过程以及双馈风机能量同时受到dq轴电压电流以及转子侧有功相角的双重影响，再次划分为四条支路，如图3所示。
每条支路的暂态能量变化率计算需要假定双馈风机定子磁链恒定，不考虑定子电阻，联立双馈风机dq坐标下定转子电压磁链方程，得出振荡发生时双馈风机转子电压电流变化量为：
Figure 848420DEST_PATH_IMAGE100
，
式中：
Figure 902964DEST_PATH_IMAGE056
分别为双馈风机转子电压
Figure 660704DEST_PATH_IMAGE058
轴分量变化量；
Figure 636750DEST_PATH_IMAGE059
分别为双馈风机定子电流
Figure 239770DEST_PATH_IMAGE058
轴分量变化量；
Figure 148820DEST_PATH_IMAGE060
分别为双馈风机转子电流
Figure 15145DEST_PATH_IMAGE058
轴分量变化量；
Figure 275225DEST_PATH_IMAGE061
分别为定子、转子等效自感；
Figure 885198DEST_PATH_IMAGE062
为定转子之间互感；
Figure 914334DEST_PATH_IMAGE063
为双馈风机的转差角速度。
优选的，通过上述公式的迭代推导，分别计算各支路的暂态能量变化率，分别为
Figure 217139DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 698936DEST_PATH_IMAGE065
，通过判断表达式符号来判断该支路对系统作用的正负。
如图3所示，由此得出结论： 受无功控制影响的支路
Figure 909338DEST_PATH_IMAGE066
对振荡的贡献度较小，而
Figure 792980DEST_PATH_IMAGE067
与其他支路的耦合复杂度不适用于附加能量补偿支路的设计以产生阻尼抑制作用，故筛选出
Figure 290124DEST_PATH_IMAGE068
支路有助于降低系统暂态能量变化率，提升系统稳定性， 其中
Figure DEST_PATH_IMAGE101
为双馈风机的无功支路产生的暂态能量变化量；其中
Figure 524796DEST_PATH_IMAGE102
为双馈风机的有功支路产生的暂态能量变化量；其中
Figure DEST_PATH_IMAGE103
为转子控制侧的无功支路产生的暂态能量变化量；其中
Figure 335626DEST_PATH_IMAGE104
为转子控制侧的有功支路产生的暂态能量变化量。
其表达式为：
Figure 73775DEST_PATH_IMAGE069
，
式中：
Figure 515121DEST_PATH_IMAGE070
，其中
Figure 971510DEST_PATH_IMAGE071
为工频转子角速度，
Figure 726976DEST_PATH_IMAGE072
为次同步振荡扰动下转子角速度；
Figure 319632DEST_PATH_IMAGE073
为转速基准值；
Figure 869562DEST_PATH_IMAGE074
为定子电压幅值；
Figure 609985DEST_PATH_IMAGE075
为虚拟阻尼系数；
Figure 169142DEST_PATH_IMAGE076
为虚拟惯量时间常数；
Figure 881883DEST_PATH_IMAGE077
为扰动电流幅值；
Figure 602714DEST_PATH_IMAGE078
为转子电流
Figure 33696DEST_PATH_IMAGE079
轴稳态分量；
Figure 130965DEST_PATH_IMAGE080
为虚拟电阻；
Figure 963792DEST_PATH_IMAGE081
分别为定子等效自感和定转子之间互感。
步骤4中，设计目标优化函数，其附加能量阻尼支路的表达式为：
Figure 855524DEST_PATH_IMAGE082
，
式中：
Figure 773802DEST_PATH_IMAGE083
为转子电压相角变化量；
Figure 674762DEST_PATH_IMAGE084
为转速基准值；
Figure 96516DEST_PATH_IMAGE075
为虚拟阻尼系数；
Figure 627991DEST_PATH_IMAGE076
为虚拟惯量时间常数；
Figure 767985DEST_PATH_IMAGE085
双馈风机定子有功变化量；
Figure 472636DEST_PATH_IMAGE086
为附加能量支路的控制参数；
此时对应的暂态能量变化率表示为：
Figure 14476DEST_PATH_IMAGE087
，
式中：
Figure 513590DEST_PATH_IMAGE070
，其中
Figure 140881DEST_PATH_IMAGE071
为工频转子角速度，
Figure 649223DEST_PATH_IMAGE072
为次同步振荡扰动下转子角速度；
Figure 779990DEST_PATH_IMAGE073
为转速基准值；
Figure 715585DEST_PATH_IMAGE074
为定子电压幅值；
Figure 830171DEST_PATH_IMAGE075
为虚拟阻尼系数；
Figure 611045DEST_PATH_IMAGE076
为虚拟惯量时间常数；
Figure 127477DEST_PATH_IMAGE077
为扰动电流幅值；
Figure 968394DEST_PATH_IMAGE078
为转子电流
Figure 570277DEST_PATH_IMAGE079
轴稳态分量；
Figure 358104DEST_PATH_IMAGE080
为虚拟电阻；
Figure 729043DEST_PATH_IMAGE081
分别为定子等效自感和定转子之间互感；
Figure 740861DEST_PATH_IMAGE088
为附加能量支路的控制参数；
引入附加能量支路控制后有功功率支路控制方程为：
Figure 564461DEST_PATH_IMAGE090
，
式中：
Figure 952717DEST_PATH_IMAGE091
为转子电压相角；
Figure 178162DEST_PATH_IMAGE092
为双馈风机虚拟定子角速度；
Figure 626461DEST_PATH_IMAGE093
为双馈风机转子角速度；
Figure 202936DEST_PATH_IMAGE094
为转速基准值；
Figure 129303DEST_PATH_IMAGE095
为附加能量支路的控制参数；
Figure 209255DEST_PATH_IMAGE096
双馈风机定子有功。
附加能量支路有功功率控制框图如图4所示,图中：其中
Figure DEST_PATH_IMAGE105
为最大功率点跟踪控制方法，集成为一个控制框图；
Figure 359613DEST_PATH_IMAGE106
为比例积分控制方法，集成为一个控制框图；
Figure DEST_PATH_IMAGE107
为转速给定值。
依据附加能量支路对双馈风机次同步振荡的阻尼作用，需要进行控制参数的合理设置。所述构建模糊控制器的步骤包括：模糊化步骤：将补偿支路控制参数
Figure 892226DEST_PATH_IMAGE088
的基本论域设置为[-1，1]；将输出变量的变化范围设置为[-1，1]，通过定义隶属度函数可将输入输出转化为模糊变量，所述隶属度函数使用三角形和S型隶属度函数，将量化后的输入输出划分为五个等级：NL表示负大、NS表示负小、ZO表示零、PS表示正小、PL表示正大；
Figure 622284DEST_PATH_IMAGE108
模糊推理步骤：根据模糊控制规律以及输入输出隶属度函数，设计基于Mamdani型的模糊规则；反模糊化步骤；使用重心法对输出进行反模糊化处理，得到该支路暂态能量变化率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、根据双馈风机各端口节点的状态量，形成各自的暂态能量数学模型；
步骤2、定义暂态能量变化率，评估系统稳定水平；
步骤3、依据系统振荡时，各部分暂态能量变化率对系统阻尼贡献程度的不同，筛选出关键部分，创建附加能量控制支路产生阻尼抑制；
步骤4、设计目标优化函数，设置模糊控制器，实现关键参数自适应变化。
2.根据权利要求1所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：步骤1中，依据节点电流电压方程，选取双馈风机各端口状态量构建各自暂态能量数学模型；
其中，采用瞬时值分析的暂态能量流如下：
Figure 995605DEST_PATH_IMAGE001
，
式中：
Figure 692166DEST_PATH_IMAGE002
为支路
Figure 789435DEST_PATH_IMAGE003
流经的电流；
Figure 91103DEST_PATH_IMAGE004
表示节点
Figure 248415DEST_PATH_IMAGE005
的电压，坐标为
Figure 901113DEST_PATH_IMAGE006
坐标系,
Figure 802073DEST_PATH_IMAGE008
为求解括号内复数的虚部：
Figure 512844DEST_PATH_IMAGE009
为支路
Figure 841057DEST_PATH_IMAGE003
流经电流的共轭复数，其中
Figure 981052DEST_PATH_IMAGE010
为求复数共轭的数学符号；
Figure 420123DEST_PATH_IMAGE011
为支路
Figure 961963DEST_PATH_IMAGE003
流经电流在
Figure 461077DEST_PATH_IMAGE012
坐标下的值；
Figure 88368DEST_PATH_IMAGE013
为支路
Figure 331130DEST_PATH_IMAGE003
流经电流在
Figure 993056DEST_PATH_IMAGE014
坐标下的值：
Figure 663072DEST_PATH_IMAGE015
为支路
Figure 777658DEST_PATH_IMAGE003
流经电压在
Figure 558532DEST_PATH_IMAGE012
坐标下的值；
Figure 340543DEST_PATH_IMAGE016
为支路
Figure 915881DEST_PATH_IMAGE003
流经电压在
Figure 517764DEST_PATH_IMAGE014
坐标下的值。
3.根据权利要求2所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：其中暂态能量流的计算，基于节点电压方程以及双馈风机拓扑结构，构造双馈风机能量系统方程：
Figure 836750DEST_PATH_IMAGE017
，
式中：
Figure 473267DEST_PATH_IMAGE018
为节点导纳矩阵；
Figure 219507DEST_PATH_IMAGE019
为各节点电压；
Figure 308685DEST_PATH_IMAGE020
表示发电机节点注入电流；
Figure 431362DEST_PATH_IMAGE021
为负荷节点注入电流。
4.根据权利要求3所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：双馈风机发生次同步振荡一般为采用串联补偿的电路拓扑，且大电网电压始终保持不变，电压变化率为0，认为其能量为基准零点，此时系统总能量将由双馈风机与形成的串联补偿电路共同组成，结合上述公式进行推导，系统能量为：
Figure 922386DEST_PATH_IMAGE022
，
式中：
Figure 105106DEST_PATH_IMAGE023
分别为双馈风机系统和串联补偿线路产生的暂态能量；
Figure 416002DEST_PATH_IMAGE024
为常数；
Figure 342369DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 687900DEST_PATH_IMAGE026
表示第
Figure 775942DEST_PATH_IMAGE027
台双馈风机的端口电流和端口电压；
Figure 839713DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 569771DEST_PATH_IMAGE029
分别为双馈风机端口电压电流的
Figure 769808DEST_PATH_IMAGE030
轴分量；
Figure 28751DEST_PATH_IMAGE031
双馈风机有功功率输出；
Figure 579819DEST_PATH_IMAGE032
为双馈风机功角；
Figure 113568DEST_PATH_IMAGE033
为双馈风机转子角速度
Figure 168112DEST_PATH_IMAGE034
轴分量；
Figure 863535DEST_PATH_IMAGE035
为串联补偿线路的电容值；
Figure 636319DEST_PATH_IMAGE036
为串联补偿线路的电抗值；
Figure 708180DEST_PATH_IMAGE037
为双馈风机端口电压值。
5.根据权利要求4所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：基于李雅普诺夫稳定性判据，双馈风机发生次同步振荡时暂态能量瞬时变化定义为：
Figure 617231DEST_PATH_IMAGE038
；
式中：
Figure 749135DEST_PATH_IMAGE039
为双馈风机系统产生的暂态能量变化量；
Figure 743635DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 619188DEST_PATH_IMAGE041
分别为双馈风机端口电流电压变化量的
Figure 382744DEST_PATH_IMAGE030
轴分量；
Figure 685550DEST_PATH_IMAGE042
为双馈风机有功输出变化量；
Figure 167347DEST_PATH_IMAGE043
为双馈风机功角变化量。
6.根据权利要求1所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：步骤2中，暂态能量变化率依据上述对于暂态能量变化量的关系定义，将双馈风机暂态能量变化量
Figure 581010DEST_PATH_IMAGE044
关于时间导数定义为暂态能量变化率
Figure 464653DEST_PATH_IMAGE045
，其表达式为：
Figure 938359DEST_PATH_IMAGE046
；
式中：
Figure 907452DEST_PATH_IMAGE047
为双馈风机系统产生的暂态能量变化量；
依据暂态能量变化率判断系统稳定性，当
Figure 124807DEST_PATH_IMAGE048
时，双馈风机端口能量逐渐减少至最低点，系统稳定且收敛，当
Figure 862956DEST_PATH_IMAGE049
时，暂态能量释放和消耗达到平衡，系统处于临界稳定状态，当
Figure 507564DEST_PATH_IMAGE050
时，双馈风机端口能量逐渐增大至发散，系统失稳。
7.根据权利要求1所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：步骤3中，每条支路的暂态能量变化率计算需要假定双馈风机定子磁链恒定，不考虑定子电阻，联立双馈风机dq坐标下定转子电压磁链方程，得出振荡发生时双馈风机转子电压电流变化量为：
Figure 963953DEST_PATH_IMAGE051
，
式中：
Figure 719419DEST_PATH_IMAGE052
分别为双馈风机转子电压
Figure 577654DEST_PATH_IMAGE053
轴分量变化量；
Figure 127584DEST_PATH_IMAGE054
分别为双馈风机定子电流
Figure 71269DEST_PATH_IMAGE053
轴分量变化量；
Figure 630427DEST_PATH_IMAGE055
分别为双馈风机转子电流
Figure 343168DEST_PATH_IMAGE053
轴分量变化量；
Figure 329578DEST_PATH_IMAGE056
分别为定子、转子等效自感；
Figure 494980DEST_PATH_IMAGE057
为定转子之间互感；
Figure 592249DEST_PATH_IMAGE058
为双馈风机的转差角速度；
Figure 425076DEST_PATH_IMAGE059
为时间。
8.根据权利要求1所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于：步骤4中，设计目标优化函数，其附加能量阻尼支路的表达式为：
Figure 582388DEST_PATH_IMAGE060
，
式中：
Figure 235086DEST_PATH_IMAGE061
为转子电压相角变化量；
Figure 136046DEST_PATH_IMAGE062
为转速基准值；
Figure 823379DEST_PATH_IMAGE063
为虚拟阻尼系数；
Figure 151593DEST_PATH_IMAGE064
为虚拟惯量时间常数；
Figure 291587DEST_PATH_IMAGE065
双馈风机定子有功变化量；
Figure 730659DEST_PATH_IMAGE066
为附加能量支路的控制参数；
Figure 272498DEST_PATH_IMAGE067
为公式拉氏变换后的变量，
此时对应的暂态能量变化率表示为：
Figure 771613DEST_PATH_IMAGE068
，
式中：
Figure 461220DEST_PATH_IMAGE069
，其中
Figure 703983DEST_PATH_IMAGE070
为工频转子角速度，
Figure 100329DEST_PATH_IMAGE071
为次同步振荡扰动下转子角速度；
Figure 770345DEST_PATH_IMAGE072
为转速基准值；
Figure 884931DEST_PATH_IMAGE073
为定子电压幅值；
Figure 931385DEST_PATH_IMAGE063
为虚拟阻尼系数；
Figure 182237DEST_PATH_IMAGE064
为虚拟惯量时间常数；
Figure 23154DEST_PATH_IMAGE074
为扰动电流幅值；
Figure 625037DEST_PATH_IMAGE075
为转子电流
Figure 209602DEST_PATH_IMAGE076
轴稳态分量；
Figure 580541DEST_PATH_IMAGE077
为虚拟电阻；
Figure 592359DEST_PATH_IMAGE078
分别为定子等效自感和定转子之间互感；
Figure 681538DEST_PATH_IMAGE079
为附加能量支路的控制参数；
引入附加能量支路控制后有功功率支路控制方程为：
Figure 804214DEST_PATH_IMAGE080
，
式中：
Figure 29659DEST_PATH_IMAGE081
为转子电压相角；
Figure 477958DEST_PATH_IMAGE082
为双馈风机虚拟定子角速度；
Figure 788854DEST_PATH_IMAGE083
为双馈风机转子角速度；
Figure 715222DEST_PATH_IMAGE084
为转速基准值；
Figure 60752DEST_PATH_IMAGE085
为附加能量支路的控制参数；
Figure 414373DEST_PATH_IMAGE086
双馈风机定子有功。
9.根据权利要求1所述的一种考虑暂态能量的双馈风机次同步振荡自适应阻尼抑制方法，其特征在于，步骤4中：构建模糊控制器的步骤包括：将补偿支路控制参数
Figure 946986DEST_PATH_IMAGE087
的基本论域设置为[-1，1]；将输出变量的变化范围设置为[-1，1]，通过定义隶属度函数将输入输出转化为模糊变量，隶属度函数使用三角形和S型隶属度函数，将量化后的输入输出划分为五个等级：NL表示负大、NS表示负小、ZO表示零、PS表示正小、PL表示正大；模糊推理步骤：根据模糊控制规律以及输入输出隶属度函数，设计基于Mamdani型的模糊规则；反模糊化步骤；使用重心法对输出进行反模糊化处理，得到该支路暂态能量变化率。
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