一种风电系统经柔直外送的振荡传导路径确定方法及装置

1.本发明涉及风力发电系统技术领域，尤其涉及一种基于动态能量流的振荡传导路径获取方法及装置。


背景技术：

2.随着大规模风电场经柔直外送，电力系统的动态特性发生了巨大变化，对系统稳定运行造成潜在威胁。风电变流器、柔直换流器及多控制子系统间的相互作用可能诱发系统产生次同步振荡，容易导致大规模机组脱网及柔直系统停运。确定诱发系统振荡的关键控制子系统，并对其及时采取控制措施平息振荡，降低对风电场及柔直系统的影响至关重要。因此，开展风电场经柔直外送系统的振荡传导路径的研究迫在眉睫。
3.目前，针对振荡传导路径的研究方法能较准确地识别大致区域下的振荡传导路径。然而，现有振荡传导路径的研究主要针对传统电力系统，并未在振荡过程中考虑电力电子器件及各控制子系统，难以探明系统产生振荡的具体诱因及内部的详细动态特性。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于动态能量流的振荡传导路径获取方法及装置，探明系统产生振荡的具体诱因及内部的详细动态特性。
5.一方面，本发明公开了一种风电系统经柔直外送的振荡传导路径确定方法，所述方法包括：
6.当检测到风电系统经柔直外送振荡时，采集柔直换流器、网侧变流器滤波电感出口的电压，流过柔直换流器、网侧变流器的电流，以及，网侧变流器锁相环的相角；
7.基于所采集的信息获取每一控制子系统的动态能量流非周期分量；
8.基于所述动态能量流非周期分量的正负性确定对应于每一控制子系统的能量汇聚点的流入、流出路径；整合全部能量汇聚点的流入、流出路径，确定为振荡传导路径；
9.所述风电系统经柔直外送包括以下控制子系统：柔直内环d/q轴子系统、柔直外环d/q轴子系统、网侧内环d/q轴子系统及直流环节子系统。
10.在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：
11.进一步，所述柔直内环d轴子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
12.柔直内环d轴的耗散存储能量v
hc1
为：
[0013][0014]
柔直内环d轴与柔直外环d轴之间的交互能量v
j1
为：
[0015][0016]
柔直内环d轴与柔直外环d轴之间的传导能量v1为：
[0017][0018]
其中，ck＝1/k
i1
，rk＝k
p1
，k
i1
、k
p1
分别为柔直内环的积分系数与比例系数，rr、lr分别为柔直换流器的滤波电阻与电感；α表示振荡阻尼衰减系数；δi
rd
为流过柔直换流器的d轴电流的次/超同步分量，δu
rd
为柔直换流器滤波电感出口的d轴电压的次/超同步分量；δu
ckd
为柔直换流器的d轴电流环pi控制器中积分器的增益，δi
rdref
为柔直电流内环d轴指令值；分别为δi
rd
、δu
rd
、δu
ckd
、δi
rdref
的振荡幅值，分别为δi
rd
、δu
rd
、δu
ckd
、δi
rdref
的振荡相角。
[0019]
进一步，所述柔直内环q轴子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0020]
柔直内环q轴的耗散存储能量v
hc2
为：
[0021][0022]
柔直内环q轴与柔直外环q轴之间的交互能量v
j2
为：
[0023][0024]
柔直内环q轴与柔直外环q轴之间的传导能量v2为：
[0025][0026]
其中，δi
rq
为流过柔直换流器的q轴电流的次/超同步分量，δu
rq
为柔直换流器滤波电感出口的q轴电压的次/超同步分量；δu
ckq
为柔直换流器的q轴电流环pi控制器中积分器的增益；δi
rqref
为柔直电流内环q轴指令值；分别为δi
rq
、δu
rq
、δu
ckq
、δi
rqref
的振荡幅值，分别为δi
rq
、δu
rq
、δu
ckq
、δi
rqref
的振荡相角。
[0027]
进一步，所述柔直外环d轴子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0028]
柔直外环d轴的存储能量v
d1
为：
[0029][0030]
柔直外环d轴与柔直外环q轴之间的交互能量v
j3
为：
[0031][0032]
柔直内环d轴与柔直外环d轴之间的传导能量v3为：
[0033][0034]
网侧内环d轴与柔直外环d轴之间的传导能量v5为：
[0035][0036]
其中，ω0表示基频角频率；cr为柔直换流器的滤波电容；lc＝1/k
i2
，gc＝k
p2
，k
i2
、k
p2
分别为柔直外环的积分系数与比例系数；δi
fd
为流过网侧变流器的d轴电流的次/超同步分
量；δi
vohd
表示柔直外环d轴pi控制器中积分器的增益；分别为δi
vohd
的振荡幅值、振荡相角；分别为δi
fd
的振荡幅值、振荡相角。
[0037]
进一步，所述柔直外环q轴子系统中，各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0038]
柔直外环q轴的存储能量v
d2
为：
[0039][0040]
柔直外环d轴与柔直外环q轴之间的交互能量v
j4
为：
[0041][0042]
柔直内环q轴与柔直外环q轴之间的传导能量v4为：
[0043][0044]
网侧内环q轴与柔直外环q轴之间的传导能量v6为：
[0045][0046]
其中，δi
fq
为流过网侧变流器的q轴电流的次/超同步分量；δi
vohq
表示柔直外环q轴pi控制器中积分器的增益；分别为δi
vohq
的振荡幅值、振荡相角；的振荡幅值、振荡相角；分别为δi
fq
的振荡幅值、振荡相角。
[0047]
进一步，所述网侧内环d轴子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0048]
网侧内环d轴的耗散存储能量v
hc3
为：
[0049][0050]
网侧内环d轴与锁相环之间的交互能量v
j5
为：
[0051][0052]
网侧内环d轴与直流电压环之间的交互能量v
j7
为：
[0053][0054]
线路d轴的耗散存储能量v
hc5
为：
[0055][0056]
线路d轴与线路q轴之间的交互能量v
j9
为：
[0057][0058]
网侧内环d轴与柔直外环d轴之间的传导能量v7为：
[0059][0060]
其中，c
fk
＝1/k
i3
，rc＝k
p3
，k
i3
、k
p3
分别为网侧变流器的电流环积分系数与比例系
数；rf、lf分别为网侧变流器出口的滤波电阻与电感；r
line
、l
line
分别为网侧变流器与柔直换流器间连接线路的电阻与电感；δθ为锁相环的相角的次/超同步分量；θ0为网侧变流器的控制坐标系与柔直换流器控制坐标系的稳态相角差；为流过网侧变流器的q轴电流的稳态分量；分别为网侧变流器滤波电感出口的q轴电压的稳态分量；δu
ctd
表示网侧变流器pi控制器积分器d轴增益；δi
fdref
表示网侧变流器电流内环d轴指令值；a
δθ
、分别表示δθ、δu
ctd
、δi
fdref
的振荡幅值，分别表示δθ、δu
ctd
、δi
fdref
的振荡相角。
[0061]
进一步，所述网侧内环q轴子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0062]
网侧内环q轴的耗散存储能量v
hc4
为：
[0063][0064]
网侧内环q轴锁相环的交互能量v
j6
为：
[0065][0066]
网侧内环q轴与直流电压环之间的交互能量v
j8
为：
[0067][0068]
线路d轴的耗散存储能量v
hc6
为：
[0069][0070]
线路d轴与线路q轴之间的交叉能量为v
j10
：
[0071][0072]
网侧内环q轴与柔直外环q轴之间的传导能量v8为：
[0073][0074]
其中，为网侧变流器输出的d轴电流的稳态值；为网侧变流器滤波电感出口的稳态电压d轴分量；δu
ctq
表示网侧变流器pi控制器积分器q轴增益，分别表示δu
ctq
的振荡幅值、振荡相角。
[0075]
进一步，所述直流环节子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0076]
网侧内环d轴的耗散存储能量v
hc7
为：
[0077][0078]
网侧内环d轴与直流电压环之间的交叉能量v
j11
为：
[0079][0080]
直流环节及机侧变流器的传导能量v9为：
[0081][0082]
网侧内环q轴的耗散存储能量v
hc8
为：
[0083][0084]
网侧内环q轴与直流电压环之间的交互能量为v
j12
：
[0085][0086]
其中，
[0087]
表示流过网侧变流器的d轴电流的稳态分量，δi
fqref
表示网侧变流器电流内环q轴指令值，及为及的振荡幅值；及为及的振荡相角。
[0088]
进一步，通过以下方式确定对应于每一控制子系统的能量汇聚点：
[0089]
将v
hc1
、v
j1
及v1三者之间的汇流点定义为能量汇聚点1，将v
hc2
、v
j2
及v2三者之间的汇流点定义为能量汇聚点2，将v
d1
、v
j3
、v3及v5四者之间的汇流点定义为能量汇聚点3，将v
d2
、v
j4
、v4及v6四者之间的汇流点定义为能量汇聚点4，将v
hc3
、v
j5
、v
j7
、v
hc5
、v
j9
及v7六者之间的汇流点定义为能量汇聚点5，将v
hc4
、v
j6
、v
j8
、v
hc6
、v
j10
及v8六者之间的汇流点定义为能量汇聚点6，将v
hc7
、v
hc8
、v
j11
、v
j12
及v9五者之间的汇流点定义为能量汇聚点7；
[0090]
所述基于所述动态能量流非周期分量的正负性确定对应于每一控制子系统的能量汇聚点的流入、流出路径，包括：
[0091]
若动态能量流非周期分量为正，则流入对应的能量汇聚点，若为负，则从对应的汇聚点流出。
[0092]
另一方面，本发明还公开了一种风电系统经柔直外送的振荡传导路径确定装置，包括：
[0093]
数据采集模块，用于当检测到风电系统经柔直外送振荡时，采集柔直换流器、网侧变流器滤波电感出口的电压，流过柔直换流器、网侧变流器的电流，以及，网侧变流器锁相环的相角；
[0094]
动态能量流非周期分量获取模块，用于基于所采集的信息获取每一控制子系统的动态能量流非周期分量；
[0095]
振荡的传导路径确定模块，基于所述动态能量流非周期分量的正负性确定对应于每一控制子系统的能量汇聚点的流入、流出路径；整合全部能量汇聚点的流入、流出路径，确定为振荡传导路径；
[0096]
所述风电系统经柔直外送包括如下控制子系统：柔直内环d/q轴子系统、柔直外环d/q轴子系统、网侧内环d/q轴子系统及直流环节子系统。
[0097]
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
[0098]
根据直驱风电及柔直系统的控制结构，提出了一种基于动态能量流的振荡传导路径追踪方法。与传统方法相比，本发明能够明确外送系统的不利环节，并通过研究振荡传导路径的能量分布，有助于控制参数整定和能量抑制，为未来附加补偿支路提供理论基础。
[0099]
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可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说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
[0100]
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。
[0101]
图1为实施例1中风电系统经柔直外送的振荡传导路径确定方法流程图；
[0102]
图2为风电系统经柔直外送控制及等效电路结构示意图；
[0103]
图3为实施例2中风电系统经柔直外送的振荡传导路径确定装置结构示意图；
[0104]
图4为实施例3中风电系统经柔直外送振荡传导路径示意图；
[0105]
图5为实施例3中柔直内环d/q轴子系统中各动态能量流变化曲线；
[0106]
图6为实施例3中柔直外环d/q轴子系统中各动态能量流变化曲线；
[0107]
图7为实施例3中网侧内环d轴子系统中各动态能量流变化曲线；
[0108]
图8为实施例3中网侧内环q轴子系统中各动态能量流变化曲线；
[0109]
图9为实施例3中直流环节子系统中各动态能量流变化曲线；
[0110]
图10为实施例3中各状态变量间的幅相频率特性曲线；
[0111]
图11为实施例3中振荡电流δi
fd
及δi
fq
变化情况；
[0112]
其中，图11(a)对应场景一，图11(b)对应场景二，图11(c)对应场景三，图11(d)对应场景四。
具体实施方式
[0113]
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，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。
[0114]
实施例1
[0115]
本发明的实施例1，公开了一种基于动态能量流的振荡传导路径获取方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：
[0116]
步骤s1：当检测到风电系统经柔直外送振荡时，采集柔直换流器、网侧变流器滤波电感出口的电压，流过柔直换流器、网侧变流器的电流，以及，网侧变流器锁相环的相角；
[0117]
步骤s2：基于所采集的信息获取每一控制子系统的动态能量流非周期分量；所述风电系统经柔直外送包括如下控制子系统：柔直内环d/q轴子系统、柔直外环d/q轴子系统、网侧内环d/q轴子系统及直流环节子系统。
[0118]
优选地，各控制子系统的动态能量流非周期分量描述如下：
[0119]
(1)柔直内环d轴子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0120]
柔直内环d轴的耗散存储能量v
hc1
为：
[0121][0122]
柔直内环d轴与柔直外环d轴之间的交互能量v
j1
为：
[0123][0124]
柔直内环d轴与柔直外环d轴之间的传导能量v1为：
[0125][0126]
其中，ck＝1/k
i1
，rk＝k
p1
，k
i1
、k
p1
分别为柔直内环的积分系数与比例系数，rr、lr分别为柔直换流器的滤波电阻与电感；α表示振荡阻尼衰减系数；δi
rd
为流过柔直换流器的d轴电流的次/超同步分量，δu
rd
为柔直换流器滤波电感出口的d轴电压的次/超同步分量；δu
ckd
为柔直换流器的d轴电流环pi控制器中积分器的增益，δi
rdref
为柔直电流内环d轴指令值；分别为δi
rd
、δu
rd
、δu
ckd
、δi
rdref
的振荡幅值，分别为δi
rd
、δu
rd
、δu
ckd
、δi
rdref
的振荡相角。
[0127]
(2)柔直内环q轴子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0128]
柔直内环q轴的耗散存储能量v
hc2
为：
[0129][0130]
柔直内环q轴与柔直外环q轴之间的交互能量v
j2
为：
[0131][0132]
柔直内环q轴与柔直外环q轴之间的传导能量v2：
[0133][0134]
其中，δi
rq
为流过柔直换流器的q轴电流的次/超同步分量，δu
rq
为柔直换流器滤波电感出口的q轴电压的次/超同步分量；δu
ckq
为柔直换流器的q轴电流环pi控制器中积分器的增益；δi
rqref
为柔直电流内环q轴指令值；分别为δi
rq
、δu
rq
、δu
ckq
、δi
rqref
的振荡幅值，分别为δi
rq
、δu
rq
、δu
ckq
、δi
rqref
的振荡相角。
[0135]
(3)柔直外环d轴子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0136]
柔直外环d轴的存储能量v
d1
为：
[0137][0138]
柔直外环d轴与柔直外环q轴之间的交互能量v
j3
为：
[0139][0140]
柔直内环d轴与柔直外环d轴之间的传导能量v3为：
[0141][0142]
网侧内环d轴与柔直外环d轴之间的传导能量v5为：
[0143][0144]
其中，ω0表示基频角频率；cr为柔直换流器的滤波电容；lc＝1/k
i2
，gc＝k
p2
，k
i2
、k
p2
分别为柔直外环的积分系数与比例系数；δi
fd
为流过网侧变流器的d轴电流的次/超同步分量；δi
vohd
表示柔直外环d轴pi控制器中积分器的增益；分别为δi
vohd
的振荡幅值、振荡相角；分别为δi
fd
的振荡幅值、振荡相角。
[0145]
(4)柔直外环q轴子系统中，各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0146]
柔直外环q轴的存储能量v
d2
为：
[0147][0148]
柔直外环d轴与柔直外环q轴之间的交互能量v
j4
为：
[0149][0150]
柔直内环q轴与柔直外环q轴之间的传导能量v4为：
[0151][0152]
网侧内环q轴与柔直外环q轴之间的传导能量v6为：
[0153][0154]
其中，δi
fq
为流过网侧变流器的q轴电流的次/超同步分量；δi
vohq
表示柔直外环q轴pi控制器中积分器的增益；分别为δi
vohq
的振荡幅值、振荡相角；的振荡幅值、振荡相角；分别为δi
fq
的振荡幅值、振荡相角。
[0155]
(5)网侧内环d轴子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0156]
网侧内环d轴的耗散存储能量v
hc3
为：
[0157][0158]
网侧内环d轴与锁相环之间的交互能量v
j5
为：
[0159][0160]
网侧内环d轴与直流电压环之间的交互能量v
j7
为：
[0161][0162]
线路d轴的耗散存储能量v
hc5
为：
[0163][0164]
线路d轴与线路q轴之间的交互能量v
j9
为：
[0165][0166]
网侧内环d轴与柔直外环d轴之间的传导能量v7为：
[0167]
[0168]
其中，c
fk
＝1/k
i3
，rc＝k
p3
，k
i3
、k
p3
分别为网侧变流器的电流环积分系数与比例系数；rf、lf分别为网侧变流器出口的滤波电阻与电感；r
line
、l
line
分别为网侧变流器与柔直换流器间连接线路的电阻与电感；δθ为锁相环的相角的次/超同步分量；θ0为网侧变流器的控制坐标系与柔直换流器控制坐标系的稳态相角差；为流过网侧变流器的q轴电流的稳态分量；分别为网侧变流器滤波电感出口的q轴电压的稳态分量；δu
ctd
表示网侧变流器pi控制器积分器d轴增益；δi
fdref
表示网侧变流器电流内环d轴指令值；a
δθ
、分别表示δθ、δu
ctd
、δi
fdref
的振荡幅值，分别表示δθ、δu
ctd
、δi
fdref
的振荡相角。
[0169]
(6)网侧内环q轴子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0170]
网侧内环q轴的耗散存储能量v
hc4
为：
[0171][0172]
网侧内环q轴锁相环的交互能量v
j6
为：
[0173][0174]
网侧内环q轴与直流电压环之间的交互能量v
j8
为：
[0175][0176]
线路d轴的耗散存储能量v
hc6
为：
[0177][0178]
线路d轴与线路q轴之间的交叉能量为v
j10
：
[0179][0180]
网侧内环q轴与柔直外环q轴之间的传导能量v8为：
[0181][0182]
其中，为网侧变流器输出的d轴电流的稳态值；为网侧变流器滤波电感出口的稳态电压d轴分量；δu
ctq
表示网侧变流器pi控制器积分器q轴增益，分别表示δu
ctq
的振荡幅值、振荡相角。
[0183]
(7)直流环节子系统中各控制环节的动态能量流非周期分量表达式分别为：
[0184]
网侧内环d轴的耗散存储能量v
hc7
为：
[0185][0186]
网侧内环d轴与直流电压环之间的交叉能量v
j11
为：
[0187][0188]
直流环节及机侧变流器的传导能量v9为：
[0189][0190]
网侧内环q轴的耗散存储能量v
hc8
为：
[0191][0192]
网侧内环q轴与直流电压环之间的交互能量为v
j12
：
[0193][0194]
其中，
[0195][0195]
表示流过网侧变流器的d轴电流的稳态分量，δi
fqref
表示网侧变流器电流内环q轴指令值，及为及的振荡幅值；及为及的振荡相角。
[0196]
在步骤s2中，每一控制子系统的动态能量流非周期分量通过以下方式确定：
[0197]
首先，建立直驱风电经柔直外送系统中各控制子系统的动态数学模型。
[0198]
直驱风电经柔直外送系统控制及等效电路结构示意图如图2所示，其中，柔直换流器、风场变流器(包括机侧换流器msc及网侧变流器gsc)、线路等各物理组成部件与换流器控制、变流器控制等相互关联。根据直驱风电经柔直外送系统中控制环节及元件上的电压与电流分量，可将直驱风电经柔直外送系统划分为七个控制子系统：柔直内环d/q轴子系统、柔直外环d/q轴子系统、网侧内环d/q轴子系统及直流环节子系统。各子系统的划分参见图2；其中，柔直内环d/q轴子系统包括柔直换流器的内环控制环节及柔直换流器的进线电抗与电阻；柔直外环d/q轴子系统包括柔直换流器的外环控制环节及柔直换流器的滤波电容；网侧内环d/q轴子系统包括网侧变流器的内环控制环节、锁相环控制子系统及网侧变流器的进线电抗与电阻。直流环节子系统包括网侧变流器的直流外环控制环节及机侧变流器与直流母线。在此基础上，分别列写柔直换流器控制坐标系下各子系统的动态数学模型。
[0199]
柔直内环d/q轴子系统的动态数学模型为
[0200][0201]
式中：ck＝1/k
i1
，rk＝k
p1
。k
i1
、k
p1
分别为柔直内环的积分系数与比例系数。rr、lr分别为柔直换流器的滤波电阻与电感。δi
rd
、δi
rq
分别为柔直换流器的d、q轴电流扰动量。δirdref
、δi
rqref
分别为d、q轴电流指令值扰动量。δu
rd
、δu
rq
分别为柔直换流器的滤波电感出口的d、q轴电压扰动量。
[0202]
柔直外环d/q轴子系统的动态数学模型为：
[0203][0204]
式中：ω0＝100π。cr为柔直换流器的滤波电容。lc＝1/k
i2
，gc＝k
p2
，gk＝1/k
p1
，k
i2
、k
p2
分别为柔直外环的积分系数与比例系数。δi
fd
、δi
fq
分别为网侧变流器输出的d、q轴电流扰动量。δu
rdref
、δu
rqref
分别为柔直电压外环d、q轴给定值的扰动量，稳态运行情况下，δu
rdref
及δu
rqref
均为0。
[0205]
网侧内环d/q轴子系统的动态数学模型为：
[0206][0207]
其中，c
fk
＝1/k
i3
，rc＝k
p3
。k
i3
、k
p3
分别为网侧变流器的电流环积分系数与比例系数。rf、lf分别为网侧变流器出口的滤波电阻与电感。r
line
、l
line
分别为网侧变流器与柔直换流器间连接线路的电阻与电感。为在网侧变流器的控制坐标系下直流电压环输出的d轴电流指令值扰动量。为网侧变流器输出的d、q轴电流的稳态值。正常状态下，直驱风机以单位功率因数运行，故及均为0。θ0为网侧变流器的控制坐标系与柔直换流器控制坐标系的稳态相角差。δθ为网侧变流器锁相环输出的相角扰动量。分别为网侧变流器滤波电感出口的稳态电压d、q轴分量。
[0208]
直流环节子系统的动态数学模型为：
[0209][0210]
其中，δu
dc
为直驱风电中网侧变流器与机侧变流器连接电容c
dc
上的直流电压扰
动量。δp
ref
为机侧变流器向网侧变流器输入的有功功率扰动量，δpg为机侧变流器及直流环节向网侧变流器输出的有功功率扰动量，分别为在网侧变流器控制坐标系下，网侧变流器的d、q轴输出电流。
[0211]
此外，在图2中，锁相环(pll)的数学模型为：
[0212][0213]
其中，δu
pccd
与δu
pccq
为网侧变流器出口pcc点处的dq轴的电压扰动量。为网侧变流器坐标系下，网侧变流器出口pcc点处的d轴的电压稳态分量。r
p
＝k
p_pllkp_pll
与k
i_pll
分别为锁相环控制子系统的比例及积分系数。
[0214]
直流电压(图2中含udc，udc*的部分)外环数学模型为:
[0215][0216]
其中，δu
dcref
为网侧变流器直流电压的给定值，稳态运行下为0。k
p4
与k
i4
分别为网侧变流器直流电压外环的比例及积分系数。
[0217]
柔直电压外环数学模型为：
[0218][0219]
其中，k
p2
为柔直电压外环的比例系数。
[0220]
通过上述子系统及控制子系统的动态数学模型，建立系统的状态空间模型。
[0221][0222]
接着，推导直驱风电经柔直外送系统中各控制子系统的动态能量模型。该过程包括：
[0223]
(1)构建网侧变流器与柔直换流器间各子系统的动态能量模型。
[0224]
网侧变流器与柔直换流器间包括柔直内环d/q轴、柔直外环d/q轴及网侧内环d/q轴六个子系统。所述柔直内环d/q轴、柔直外环d/q轴及网侧内环d/q轴六个子系统可表示为：
[0225][0226]
对其交叉相乘，得到对应的动态能量模型。
[0227][0228]
相应地，各子系统的动态能流模型分别表示如下：
[0229]
柔直内环d/q轴子系统的动态能量模型为：
[0230][0231]
柔直外环d/q轴子系统的动态能量模型为：
[0232][0233]
网侧内环d/q轴子系统的动态能量模型：
[0234][0235]
(2)推导机侧变流器与网侧变流器间子系统的动态能量模型。机侧变流器与网侧变流器间仅包含直流环节子系统。
[0236]
所述直流环节及机侧变流器向网侧变流器注入的动态能量流为：
[0237][0238]
结合图2中网侧变流器控制结构，上式中的输出电压可表示为：
[0239][0240]
将上式代入δwg可得，网侧变流器控制坐标系下，动态能量流δwg的表达式：
[0241][0242]
考虑到网侧变流器与柔直换流器的控制坐标系之间存在坐标变换，因此上式中的可由δi
fd
、δi
fq
表示为：
[0243][0244]
将上式代入δwg中，并将各动态能量统一于柔直换流器的控制坐标系下，并可推导得到，直流环节子系统的动态能量模型：
[0245][0246]
接着，获取各控制子系统作用的动态能量流传导路径。在该过程中，包括：
[0247]
(1)明确动态能量模型中各控制子系统作用的动态能量流。
[0248]
根据各子系统数学模型对应的电感电流和电容电压，推得以柔直内环d轴子系统的动态能量模型为例，各控制子系统作用下的动态能量流表示为：
[0249][0250]
式中，δi
rd
、δu
ckd
分别为柔直内环d轴的电流与电压，为柔直内环d轴作用的动态能量流。δi
rdref
、δu
rd
分别为柔直外环d轴的电流及电压，与v
1*
均为柔直内环d轴与柔直外环d轴间的交互环节作用的动态能量流。
[0251]
类似柔直内环d轴子系统各环节作用下动态能量流的推导过程，同样确定其余六个子系统各控制子系统作用下的能量流，如表1所示。
[0252]
表1子系统中各控制子系统作用下的动态能量流
[0253]
[0254][0255]
表1中的动态能量流的非周期分量控制子系统作用的动态能量流，可表示为如下状态变量乘积的积分形式。
[0256][0257]
式中，ω为dq轴坐标系下系统的振荡频率。a1与a2为状态变量δx1与δx2(δx1与δx2就是前面的各控制变量的扰动量)的振荡幅值，与为状态变量δx1与δx2的振荡相角，α为衰减系数。
[0258]
将上述通式代入表1，即可得到各子系统中控制子系统作用的动态能量流非周期分量，参考公式(1)-(31)。
[0259]
步骤s3：基于所述动态能量流非周期分量的正负性确定对应于每一控制子系统的能量汇聚点的流入、流出路径；整合全部能量汇聚点的流入、流出路径，确定为振荡传导路径；
[0260]
通过以下方式确定对应于每一控制子系统的能量汇聚点：将v
hc1
、v
j1
及v1三者之间的汇流点定义为能量汇聚点1，将v
hc2
、v
j2
及v2三者之间的汇流点定义为能量汇聚点2，将v
d1
、v
j3
、v3及v5四者之间的汇流点定义为能量汇聚点3，将v
d2
、v
j4
、v4及v6四者之间的汇流点定义为能量汇聚点4，将v
hc3
、v
j5
、v
j7
、v
hc5
、v
j9
及v7六者之间的汇流点定义为能量汇聚点5，将v
hc4
、v
j6
、v
j8
、v
hc6
、v
j10
及v8六者之间的汇流点定义为能量汇聚点6，将v
hc7
、v
hc8
、v
j11
、v
j12
及v9五者之间的汇流点定义为能量汇聚点7；
[0261]
所述基于所述动态能量流非周期分量的正负性确定对应于每一控制子系统的能量汇聚点的流入、流出路径，包括：若动态能量流非周期分量为正，则流入对应的能量汇聚点，若为负，则从对应的汇聚点流出。
[0262]
综上，本实施例通过对风电系统经柔直外送的控制结构进行分析，确定了7个控制子系统，并通过追溯各控制子系统的相互作用关系，能够快速确定振荡的传导路径，便于明确不利于稳定的关键控制子系统以及能量分布；并通过研究振荡传导路径的能量分布，有助于控制参数整定和能量抑制，为未来附加补偿支路提供理论基础。
[0263]
实施例2
[0264]
本发明实施例2公开了一种，风电系统经柔直外送的振荡传导路径确定装置，结构示意图如图3所示，包括：
[0265]
数据采集模块，用于当检测到风电系统经柔直外送振荡时，采集柔直换流器、网侧变流器滤波电感出口的电压，流过柔直换流器、网侧变流器的电流，以及，网侧变流器锁相环的相角；
[0266]
动态能量流非周期分量获取模块，用于基于所采集的信息获取每一控制子系统的动态能量流非周期分量；
[0267]
振荡的传导路径确定模块，基于所述动态能量流非周期分量的正负性确定对应于每一控制子系统的能量汇聚点的流入、流出路径；整合全部能量汇聚点的流入、流出路径，确定为振荡传导路径。
[0268]
本发明实施例的具体实施过程参见上述方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。由于本实施例与上述方法实施例原理相同，所以本系统也具有上述方法实施例相应的技术效果。
[0269]
实施例3
[0270]
本实施例用于对上述实施例中的方案进行试验验证。假设：直驱风电的额定容量为1mw，额定频率为50hz经过柔直换流器wfvsc外送。其中，wfvsc采用v/f控制，d轴参考电压设定为220kv，给定频率为50hz。电压升压折算比约为389，经过折算至网侧变流器交流侧。网侧变流器的额定线电压为400v，直流电压参考值为1200v，电流环比例系数为0.2，电流环积分系数为100，直流电压环比例参数为2.5，直流电压环积分参数为250。柔直换流器的电流环比例参数为0.8，电流环积分参数为75，电压环比例参数为5，电压环积分参数为250。
[0271]
本实施例设置场景为：设置振荡发生时刻t＝4s，持续时间1s，次/超同步振荡发生频率为16及84hz。
[0272]
测量直驱风电经柔直外送系统中各控制子系统的状态变量值，计算各控制子系统作用的动态能量流于振荡过程中的变化曲线，如图5-9所示。通过各子系统中动态能量流于振荡过程中的变化曲线之和始终为0，验证了各子系统动态能量模型的正确性。
[0273]
由上述曲线的正负判断得到外送系统的振荡传导路径，如图4所示。进一步，在次/超同步振荡下的其余振荡频率下，对各动态能量流所涉及的状态变量间的幅相频率特性曲线进行逐一计算，其结果如图10所示，将其代入动态能量流非周期分量表达式，得到外送系统的振荡传导路径，同样如图4所示。
[0274]
在此基础上，由图4动态能量流传导路径中，上述三个交互环节向各子系统传导存储能量的振荡路径分别为：
[0275]
a)网侧变流器q轴与pll间的交互环节
→
网侧内环q轴子系统
→
直流环节子系统
→
网侧内环d轴子系统
→
柔直外环d轴子系统
→
柔直内环d轴子系统网侧变流器q轴与pll间的交互环节
→
柔直外环q轴子系统
→
柔直内环q轴子系统
[0276]
b)柔直内环d轴与柔直外环d轴间的交互环节
→
柔直内环d轴子系统
[0277]
c)柔直内环q轴与柔直外环q轴间的交互环节
→
柔直内环q轴子系统
[0278]
因此可明确外送系统包含以下三个不利系统稳定的交互环节：1)锁相环与网侧内环q轴之间的交互环节，2)柔直外环d轴与柔直内环d轴间的交互环节，3)柔直外环q轴与柔直内环q轴间的交互环节。
[0279]
在图11中，本实施例在以下四种情形：通过分别改变柔直换流器的内环控制参数至0.6(场景一)，柔直换流器的外环控制参数至5.2(场景二)，网侧变流器的内环控制参数至0.18(场景三)，不改变参数运行(场景四)，并设置振荡发生时刻t＝4s，持续时间1s，据此探究不同控制参数下振荡传导路径的影响。
[0280]
为体现结果的变化量，将场景一至场景四均以锁相环与网侧内环q轴间的交互环节发出的能量流为基准值(100)，并以场景四为标准，其余三种场景以场景四下各路径动态能量流分配比例为基础，体现其变化差值，如表2所示。其路径编号与图4对应。
[0281]
表2改变不同参数场景下各动态能量流分配比例的变化情况
[0282]
[0283][0284]
1)场景一：减小柔直内环的比例参数，柔直内环与外环之间的交互环节发出的能量rk∫δi
rd
δi
rdref
dt与rk∫δi
rq
δi
rqref
dt及柔直内环的耗散能量与同比例降低。减小柔直内环的比例参数，柔直内环与外环之间的交互环节减少的能量被柔直内环减少的耗散能量所抵消。由表2中场景一下的动态能量分配比例变化(以场景四为基准)可知，改变该控制参数，对其余振荡传导路径能量分配比例的数值变化很小，几乎不影响柔直内环子系统与其余子系统间的振荡传导路径，对系统的稳定性影响很小。
[0285]
在此基础上，对上述分析通过时域仿真验证其正确性。场景一及场景四的振荡电流变化于t＝5s时刻，场景一中d、q轴振荡电流幅值为12、16，场景四中d、q轴振荡电流幅值为8、11，振荡电流幅值仍处于同一数量级下，与上述分析结果一致。
[0286]
2)场景二：由表2中场景二下的动态能量分配比例变化(以case4为基准)可知，增大柔直外环的比例参数，使柔直内环与柔直外环之间的交互环节发出的能量增加，从而振荡传导的总能量上升。振荡传导路径中向柔直系统传导能量的比例有所减小，向直驱风电传导能量的比例有所增大。振荡传导路径的能量总比例上升6.65，该上升比例来源于柔直内环与柔直外环之间的交互环节发出的能量，不利于系统稳定性。
[0287]
在此基础上，对上述分析通过时域仿真验证其正确性。场景二及场景四的振荡电流变化曲线于t＝5s时刻，场景二的d、q轴振荡电流幅值30、43，远大于场景四的d、q轴振荡电流幅值8、11，表明增大柔直外环控制参数k
p2
，使振荡程度加剧，与上述分析结果一致。
[0288]
3)场景三：由表2中场景三下的动态能量分配比例变化(以场景四为基准)可知，减小网侧内环的比例参数，改变网侧变流器q轴与pll间的交互环节向d、q轴振荡传导路径发出的动态能量比例。路径8及22中的耗散能量比例减小，其余振荡传导路径的动态能量比例上升，不利于系统稳定性。
[0289]
在此基础上，对上述分析通过时域仿真验证其正确性。场景三及场景四的振荡电流变化曲线于t＝5s时刻，场景三的d、q轴振荡电流幅值为39、55，远大于场景四下的d、q轴振荡电流幅值8、11，表明增大网侧内环参数k
p3
，使振荡程度加剧，与上述分析结果一致。
[0290]
综上所述，场景一至场景三分别表示了改变不同控制参数对于振荡传导路径的影响。其中相较于柔直内环的比例参数，改变柔直外环及网侧内环的比例参数，影响外送系统
整体的振荡传导路径，改变了外送系统的能量分布，对稳定性有较大的影响。
[0291]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例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。
[0292]
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。