一种直驱风电场振荡路径追踪方法及系统

本发明涉及风力发电系统，尤其涉及一种直驱风电场振荡路径追踪方法及系统。

背景技术：

1、随着大规模直驱风电场并网容量的增加，电力系统的动态特性发生了巨大变化，直驱风电场多控制环节间的相互作用可能导致系统受扰后发生振荡现象，甚至引发系统级事故发生。因此，明晰风电场内部以及风电场与电网之间的交互方式，揭示各交互作用对系统振荡失稳的影响机理，确定诱发系统振荡的关键能量传递路径，对降低直驱风电场并网系统的影响至关重要。

2、目前针对直驱风电场次/超同步振荡问题的分析方法主要均依赖线性化小信号模型，但是由于系统运行平衡点的动态变化，使得直驱风电场并网系统关键能量传递路径无法准确有效追踪，对稳定评估产生影响，所得到的结论不具有普遍指导意义。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种直驱风电场振荡路径追踪方法及系统，用以解决现有技术中直驱风电场并网系统关键能量传递路径无法准确有效追踪的问题。

2、一方面，本发明提供了一种直驱风电场振荡路径追踪方法，包括以下步骤：

3、当直驱风电场发生故障时，以主导振荡模态周期为采集周期采集各风电机组端口电流、电流内环电流和状态变量、锁相环动态角和状态分量以及故障点电压的相位和幅值，进而得到直驱风电机组相应的各振荡分量瞬时值；

4、基于各采集周期采集的各振荡分量瞬时值，得到各采集周期的直驱风电场的耦合能量传递路径的能量流；

5、根据各采集周期的直驱风电场的耦合能量传递路径的能量流，追踪到直驱风电场的关键能量传递路径，进而实现直驱风电场的稳定性控制。

6、进一步地，通过以下方式得到各采集周期直驱风电场各子系统间的耦合能量传递路径的能量流：

7、基于各采集周期采集的各振荡分量瞬时值，建立各采集周期直驱风电场中每台直驱风电机组各子系统的动态数学模型；其中，各子系统包括电流环d、q轴、并网线路d、q轴、直流电压外环和锁相环子系统；

8、根据各采集周期直驱风电场中每台直驱风电机组各子系统的动态数学模型，得到每台直驱风电机组各子系统的动态耦合能量导数，从而得到各采集周期每台机组的动态耦合能量导数，

9、其对应的数值作为各采集周期每台机组动态耦合能量传递路径的能量流；

10、将各采集周期的所述每台机组的动态耦合能量传递路径的能量流进行划分得到机组内耦合路径、机间耦合路径以及机网耦合路径的能量流，再分别将所述机组内耦合路径、机间耦合路径以及机网耦合路径的能量流进行划分得到各采集周期直驱风电场各耦合能量传递路径的能量流。

11、进一步地，通过以下方式追踪到直驱风电场的关键能量传递路径：

12、基于设定的时间区间，将该时间区间直驱风电场各耦合能量传递路径最后一个采集周期的能量流减去第一个采集周期的能量流，得到在该时间区间的直驱风电场各耦合能量传递路径的能量流变化量；

13、基于设定的时间区间的直驱风电场各耦合能量传递路径的能量流变化量，分别得到机组内耦合路径、机间耦合路径以及机网耦合路径能量流中能量流变化量最大的耦合能量传递路径，并将得到的各耦合能量传递路径作为该时间区间直驱风电场的关键能量传递路径。

14、进一步地，将机组内耦合路径划分得到的各耦合能量传递路径的能量流分别为：

15、

16、式中，vhi1表示第i台风电机组直流电压外环、电流环d轴与锁相环能量传递路径的能量流，vhi2表示第i台风电机组直流电压外环、电流环q轴与锁相环能量传递路径的能量流，vhi3表示第i台风电机组电流环d轴与第i台风电机组锁相环能量传递路径的能量流，vhi4表示第i台风电机组电流环q轴与第i台风电机组锁相环能量传递路径的能量流，vhi5表示第i台风电机组电流环d轴、q轴与第i台风电机组锁相环能量传递路径的能量流；idrefi为第i台风电机组电流内环d轴电流参考值，分别为控制系统dq坐标系下的第i台风电机组电流内环状态变量的d、q轴分量，δθi为第i台风电机组锁相环动态角，rxi、lxi分别为第i台风电机组并网线路的电阻和电感，分别为控制系统dq坐标系下的第i台风电机组输出电流的d、q轴分量，lt表示并网母线出口变压器电感，ω0为电网同步角频率，xθi为第i台风电机组锁相环状态变量。

17、进一步地，将机间耦合路径划分得到的各耦合能量传递路径的能量流分别为：

18、

19、式中，vij1表示第i台风电机组锁相环与第i台风电机组电流环d轴、第j台风电机组锁相环能量传递路径的能量流，vij2表示第i台风电机组锁相环与第j台风电机组电流环q轴、第j台风电机组锁相环能量传递路径的能量流，vij3表示第i台风电机组电流环d轴、第i台风电机组锁相环与第j台风电机组锁相环能量传递路径的能量流，vij4表示第i台风电机组电流环q轴、第i台风电机组锁相环与第j台风电机组锁相环能量传递路径的能量流，vij5表示第i台风电机组电流环d轴、第i台风电机组锁相环与第j台风电机组电流环d轴、第j台风电机组锁相环能量传递路径的能量流，vij6表示第i台风电机组电流环d轴、第i台风电机组锁相环与第j台风电机组电流环q轴、第j台风电机组锁相环能量传递路径的能量流，vij7表示第i台风电机组电流环q轴、第i台风电机组锁相环与第j台风电机组电流环d轴、第j台风电机组锁相环能量传递路径的能量流，vij8表示第i台风电机组电流环q轴、第i台风电机组锁相环与第j台风电机组电流环q轴、第j台风电机组锁相环能量传递路径的能量流，δθj为第j台风电机组锁相环动态角，分别为控制系统dq坐标系下的第j台风电机组输出电流的d、q轴分量，xθj为第j台风电机组锁相环状态变量。

20、进一步地，将机网耦合路径划分得到的各耦合能量传递路径的能量流分别为：

21、

22、式中，vgi1表示第i台风电机组电流环d轴、第i台风电机组锁相环与电网d轴能量传递路径的能量流，vgi2表示第i台风电机组电流环d轴、第i台风电机组锁相环与电网q轴能量传递路径的能量流，vgi3表示第i台风电机组电流环q轴、第i台风电机组锁相环与电网d轴能量传递路径的能量流，vgi4表示第i台风电机组电流环q轴、第i台风电机组锁相环与电网q轴能量传递路径的能量流，vgi5表示第i台风电机组锁相环与电网q轴能量传递路径的能量流，umd、umq分别表示故障点电压d、q轴分量。

23、进一步地，所述主导振荡模态周期为其中，ωc表示系统主导振荡模态振荡频率。

24、进一步地，所述直驱风电机组的各振荡分量瞬时值，表示为：

25、

26、

27、

28、

29、

30、

31、式中，adi、aqi分别为第i台风电机组输出电流d、q轴分量的幅值，α为系统阻尼系数，ωc为控制系统dq坐标系下的振荡频率，分别为第i台风电机组输出电流d、q分量的相位，adrefi为第i台风电机组电流内环d轴电流参考值的幅值，为第i台风电机组电流内环d轴电流参考值的相位，aukdi为第i台风电机组电流内环状态变量d轴分量的幅值，为第i台风电机组电流内环状态变量d轴分量的相位，aθi为第i台风机锁相环动态角的幅值，为第i台风电机组锁相环动态角的相位，axθi为第i台风电机组锁相环状态变量的幅值，为第i台风机锁相环状态变量的相位，amd、amq分别为故障点电压d、q轴分量的幅值，分别为故障点电压d、q轴分量的相位。

32、另一方面，本发明提供了一种直驱风电场振荡路径追踪系统，包括：

33、数据获取模块，用于当直驱风电场发生故障时，以主导振荡模态周期为采集周期采集各风电机组端口电流、电流内环电流和状态变量、锁相环动态角和状态分量以及故障点电压的相位和幅值，进而得到直驱风电机组相应的各振荡分量瞬时值；

34、耦合能量传递路径获取模块，用于基于各采集周期采集的各振荡分量瞬时值，得到各采集周期的直驱风电场的耦合能量传递路径的能量流；

35、关键能量传递路径追踪模块，用于根据各采集周期的直驱风电场的耦合能量传递路径的能量流，追踪到直驱风电场的关键能量传递路径，进而实现直驱风电场的稳定性控制。

36、进一步地，所述耦合能量传递路径获取模块通过以下方式得到各采集周期直驱风电场各子系统间的耦合能量传递路径的能量流：

37、基于各采集周期采集的各振荡分量瞬时值，建立各采集周期直驱风电场中每台直驱风电机组各子系统的动态数学模型；其中，各子系统包括电流环d、q轴、并网线路d、q轴、直流电压外环和锁相环子系统；

38、根据各采集周期直驱风电场中每台直驱风电机组各子系统的动态数学模型，得到每台直驱风电机组各子系统的动态耦合能量导数，从而得到各采集周期每台机组的动态耦合能量导数，其对应的数值作为各采集周期每台机组动态耦合能量传递路径的能量流；

39、将各采集周期的所述每台机组的动态耦合能量传递路径的能量流进行划分得到机组内耦合路径、机间耦合路径以及机网耦合路径的能量流，再分别将所述机组内耦合路径、机间耦合路径以及机网耦合路径的能量流进行划分得到各采集周期直驱风电场各耦合能量传递路径的能量流。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

41、本发明提供的一种直驱风电场振荡路径追踪方法及系统，通过在直驱风电场发生故障时，以主导振荡模态周期为采集周期采集数据得到相应的各振荡分量瞬时值，得到各采集周期的直驱风电场各子系统间的耦合能量传递路径的能量流，进而追踪到各采集周期的直驱风电场的关键能量传递路径，实现直驱风电场并网系统关键能量传递路径的准确有效追踪，为电力系统的稳定安全运行给出指导性建议；并且通过将整个风电机组划分为多个子系统，筛选出影响系统稳定性水平的关键控制环节；通过动态耦合能量导数得到各耦合能量传递路径降低了计算量，提高了计算精度，保证了系统的可靠运行。

42、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。