一种含多台风机的电力系统的阻尼控制的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风电控制技术领域，更为具体地说，设及一种含多台风机的电力系统 的阻尼控制方法和系统。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源的不断紧缺，风电成为各国未来能源战略的重要发展方向。风电具 有洁净W及成本低廉等特点，且风力发电已经成为世界上公认的最接近大规模商业化的可 再生能源技术之一。
[0003] 然而，随着大规模风电等新能源的并网，远距离大容量电力外送过程中，有可能恶 化电力系统阻尼特性，同时风电存在波动性、随机性W及间歇性等特点，会引发电力系统低 频振荡，威胁电网安全稳定运行。为了抑制低频振荡，已有文献通过外加储能装置、增强网 架等一次系统策略增强电力系统阻尼，W抑制低频振荡，但上述方式成本较高，难W大规模 应用。相比之下，在二次系统通过附加阻尼控制环改变输出功率的相位、幅值W增加阻尼的 附加阻尼控制方式，具有经济和易工程实现等优点。
[0004] 目前，风机对电网系统扰动响应不大，永磁同步风机基本无响应，双馈风机响应同 样有限，故有必要对风机附加阻尼控制器W提高风机的响应，进一步提高电力系统阻尼。实 际电力系统中不同地点的并网风电场对电力系统低频振荡的抑制效果差异大，含多台风机 的电力线系统中附加阻尼控制器的设置位置不佳、协调控制不强，对电力系统低频振荡的 抑制效果不强。
[000引综上所述，如何优化多台风机附加阻尼控制器的协调阻尼控制W提高系统的阻尼 成为目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种多台风机协调阻尼控制的技术方案，W解决【背景技术】中 所介绍的现有技术的含多台风机的电力线系统中附加阻尼控制器参数不优，协调控制不 强，对电力系统低频振荡的抑制效果不强的问题。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
[0008] 本发明提供了一种含多台风机的电力系统的阻尼控制方法，该阻尼控制方法包 括：
[0009] 同步测量所述电力系统的风机联络线功率信号和区域间交流联络线功率信号，得 到多个测量时刻对应的风机联络线功率信号序列和区域间交流联络线功率信号序列；
[0010] 去除所述风机联络线功率信号序列和所述区域间交流联络线功率信号序列的直 流分量，分别得到风机联络线功率波动信号序列和区域间交流联络线功率波动信号序列；
[0011] W所述风机联络线功率波动信号序列作为模型输入，所述区域间交流联络线功率 波动信号序列作为模型输出，结合电力系统的子空间状态空间辨识算法，构建所述电力系 统状态空间模型，其中，所述电力系统状态空间模型包括电力系统的系统矩阵、输入矩阵、 输出矩阵和前馈矩阵；
[0012] 根据所述电力系统状态空间模型计算所述系统矩阵的主导振荡模式，所述主导振 荡模式为电力系统系统状态对应的阻尼最弱的振荡模式；
[0013] 获取每个风机的风机联络线功率波动信号序列对所述主导振荡模式的能控性；
[0014] 根据所述能控性的大小，选取预定数量的风机装设附加阻尼控制器；
[0015] 采用相位补偿法设计附加阻尼控制器模型，W所述区域间交流联络线功率波动信 号序列作为所述附加阻尼控制器的输入信号，输出风机转速调整信号；
[0016] 根据所述风机转速调整信号，使用风机变流器的控制器的有功功率控制环提高所 述阻尼。
[0017] 优选地，所述含多台风机的电力系统的阻尼控制方法还包括：
[0018] 根据风机联络线功率波动信号序列的能控性大小，调整所述附加阻尼控制器的控 制器增益；
[0019] W所述主导振荡模式的阻尼最大化为目标，使用粒子群算法对所述附加阻尼控制 器的待优化参数进行优化，得到所述附加阻尼控制器的最优参数；
[0020] 使用所述最优参数调整所述附加阻尼控制器，对所述区域间交流联络线功率波动 信号序列进行相位补偿和增益调节，输出最优风机转速调整信号。
[0021] 优选地，所述W所述风机联络线功率波动信号序列作为模型输入，所述区域间交 流联络线功率波动信号序列作为模型输出，结合电力系统的子空间状态空间辨识算法，构 建所述电力系统状态空间模型，具体包括：
[0022] 根据所述风机联络线功率波动信号序列、区域间交流联络线功率波动信号序列W 及所述电力系统的系统状态之间关系，构建前向迭代形式的电力系统状态空间模型，所述 电力系统状态空间模型包括电力系统的系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和前馈矩阵；
[0023] 根据得到的各个测量时刻对应的所述风机联络线波动信号序列和所述区域间交 流联络线波动信号序列W及各个测量时刻的系统状态，构建电力系统的输入、输出和系统 状态汉克尔矩阵；
[0024] 联立所述输入、输出和系统状态汉克尔矩阵W及所述前向迭代形式的电力系统状 态空间模型，得到简化电力系统状态空间模型，其中，所述简化电力系统状态空间模型包括 广义能观性矩阵；
[0025] 根据所述简化电力系统状态空间模型计算子空间斜投影，对所述子空间斜投影进 行奇异值分解，求解所述广义能观性矩阵；
[0026] 根据所述广义能观性矩阵求解所述电力系统状态空间模型的系统矩阵、输入矩 阵、输出矩阵和前馈矩阵。
[0027] 优选地，所述含多台风机的电力系统的阻尼控制方法还包括：
[0028] 计算所述电力系统的系统矩阵的特征值矩阵和右特征向量矩阵；
[0029] 根据所述右特征矩阵计算所述电力系统状态空间模型的左特征向量；
[0030] 将所述左特征向量乘W所述电力系统的输入矩阵，计算所述风机联络线功率波动 信号序列对所述主导振荡模式的能控性；
[0031 ]根据所述能控性的大小，选取预定数量的风机装设附加阻尼控制器。
[0032]优选地，所述含多台风机的电力系统的阻尼控制方法还包括：
[0033] 根据所述区域间交流联络线功率波动信号序列、风机转速调整信号、控制器增益 W及补偿环节参数的关系，建立附加阻尼控制器状态空间模型，所述附加阻尼控制器状态 空间模型包括附加阻尼控制器的系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和前馈矩阵；
[0034] 联立所述电力系统状态空间模型和所述附加阻尼控制器状态空间模型，构建闭环 系统状态空间模型，其中，所述闭环系统状态空间模型为所述附加阻尼控制器和所述电力 系统构成的闭环系统的状态空间模型，所述闭环系统状态空间模型包括闭环系统的系统矩 阵；
[0035] 根据所述闭环系统状态空间模型计算所述闭环系统的系统矩阵。
[0036] 优选地，所述W所述主导振荡模式的阻尼最大化为目标，使用粒子群算法对所述 附加阻尼控制器的待优化参数进行优化，得到所述附加阻尼控制器的最优参数，具体包括：
[0037] 确定所述附加阻尼控制器的待优化参数、待优化参数的约束条件和主导振荡模式 对应的最大阻尼;其中，所述待优化参数包括控制器增益、相位补偿的超前时间常数和滞后 时间常数；
[0038] 初始化所述附加阻尼控制器的待优化参数，获取所述待优化参数的最优值和最大 阻尼；
[0039] 更新所述待优化参数的实际值和偏差量；
[0040] 根据所述闭环系统的系统矩阵计算各个待优化参数在所述主导振荡模式对应的 实际阻尼；
[0041] 比较所述待优化参数在主导振荡模式下对应的实际阻尼和最大阻尼的大小，根据 比较结果更新所述待优化参数的最优值和最大阻尼；
[0042] 查找满足所述约束条件的待优化参数，作为最优参数调整所述附加阻尼控制器， W使所述电力系统在所述主导振荡模式下的阻尼最大。
[0043] 根据本发明的第二方面，还提出了一种含多台风机的电力系统的阻尼控制系统， 该阻尼控制系统包括：
[0044] 测量模块，用于同步测量所述电力系统的风机联络线功率信号和区域间交流联络 线功率信号，得到多个测量时刻对应的风机联络线功率信号序列和区域间交流联络线功率 信号序列；
[0045] 处理模块，用于去除所述风机联络线功率信号序列和所述区域间交流联络线功率 信号序列的直流分量，分别得到风机联络线功率波动信号序列和区域间交流联络线功率波 动信号序列；
[0046] 构建模块，用于W所述风机联络线功率波动信号序列作为模型输入，所述区域间 交流联络线功率波动信号序列作为模型输出，结合电力系统的子空间状态空间辨识算法， 构建所述电力系统状态空间模型，其中，所述电力系统状态空间模型包括电力系统的系统 矩阵、输入矩阵、输出矩阵和前馈矩阵；
[0047] 计算模块，用于根据所述电力系统状态空间模型计算所述系统矩阵的主导振荡模 式，所述主导振荡模式为电力系统系统状态对应的阻尼最弱的振荡模式；
[0048] 获取模块，用于获取每个风机的风机联络线功率波动信号序列对主导振荡模式的 能控性；
[0049] 选取模块，用于根据能控性的大小，选取预定数量的风机装设附加阻尼控制器；
[0050]设计模块，用于采用相位补偿法设计所述附加阻尼控制器模型，W所述区域间交 流联络线功率波动信号序列作为所述附加阻尼控制器的输入信号，输出风机转速调整信 号；
[0051 ]阻尼调节模块，用于根据所述风机转速调整信号，使用风机转子侧变流器的控制 器的有功功率控制环提高所述阻尼。
[0052] 优选地，所述含多台风机的电力系统的阻尼控制系统还包括：
[0053] 增益调整模块，用于根据风机联络线功率波动信号序列的能控性大小，调整所述 附加阻尼控制器的控制器增益；
[0054] 参数获取模块，用于W所述主导振荡模式的阻尼最大化为目标，使用粒子群算法 对所述附加阻尼控制器的待优化参数进行优化，获取所述附加阻尼控制器的最优参数；
[0055] 信号序列调节模块，用于使用所述最优参数调整所述附加阻尼控制器，对所述区 域间交流联络线功率波动信号序列进行相位补偿和增益调节，输出最优风机转速调整信 号。
[0056] 优选地，所述构建模块具体包括:模型构建子模块，用于根据所述风机联络线功率 波动信号序列、区域间交流联络线功率波动信号序列、所述电力系统的系统状态之间关系， 构建前向迭代形式的电力系统状态空间