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双馈风电机组附加阻尼控制器与同步发电机PSS协调设计

更新时间：2019-12-30 10:37:32 大小：1M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：阻尼控制器 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对大规模双馈风电机组接入电力系统后的区间低频振荡问题,提出了一种协调双馈风电机组附加阻尼控制器和同步发电机电力系统稳定器(PSS)的设计策略.首先,考虑风电机组的机械部分、电气部分和控制结构,建立了双馈风电机组的机电暂态模型和附加阻尼控制器模型.在闭环电力系统线性化模型的基础上,提出利用动态指标值的优化模型来协调整定双馈风电机组附加阻尼控制器和同步发电机PSS的控制参数,并使用粒子群算法求解优化模型的全局最优解.最后,通过2个标准仿真系统算例,对比传统的阻尼控制器设计策略,验证了所设计策略的有效性和实用性.

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,
Vol.41No.8A r.252017  
p
第
卷
第
期
年
月
日
25  
41  
ꢀ
8
ꢀ2017  
4
:
/
DOI 10.7500 AEPS20161014005  
双馈风电机组附加阻尼控制器与同步发电机  
协调设计  
PSS  
, ,  
辰 柯德平 孙元章  
张
ꢀ
(
,
)
430072  
武汉大学电气工程学院 湖北省武汉市  
:
,
摘要 针对大规模双馈风电机组接入电力系统后的区间低频振荡问题 提出了一种协调双馈风电  
(
)
。 ,  
机组附加阻尼控制器和同步发电机电力系统稳定器  
的设计策略 首先 考虑风电机组的机  
PSS  
械部分 电气部分和控制结构 建立了双馈风电机组的机电暂态模型和附加阻尼控制器模型 在闭  
、
,
。
,
环电力系统线性化模型的基础上 提出利用动态指标值的优化模型来协调整定双馈风电机组附加  
,
。
最
阻尼控制器和同步发电机  
的控制参数 并使用粒子群算法求解优化模型的全局最优解  
PSS  
,
,
,
后 通过 个标准仿真系统算例 对比传统的阻尼控制器设计策略 验证了所设计策略的有效性和  
2
。
实用性  
:
;
;
;
;
;
关键词 低频振荡 双馈风电机组 阻尼控制 电力系统稳定器 粒子群优化 协调设计  
,
,
的问题 可以利用风电机组功率快速调制的特性 考  
引言  
0ꢀ  
。
,
[]  
虑对其进行附加阻尼控制 因此 文献  
总结了国  
6
大规模风电接入给电力系统安全稳定运行带来  
。
际上 近 年 来 风 电 机 组 的 阻 尼 控 制 研 究 现 状  
[]  
的控制回路加入附加阻  
文
,
了新的挑战 尤其是对电力系统小干扰稳定的影响  
献
最早提出了在  
7
DFIG  
。
,
引起了广泛关注 一方面 大规模风电的接入会替  
。
[]  
提出  
8
尼控制器来抑制电力系统低频振荡 文献  
,
代传统电源的发电量 导致传统同步发电机上的电  
(
)
的
DFIG  
了基于本地信号  
的阻尼控制  
localsinal  
g
(
,
)
力系统稳定器  
阻尼  
owersstemstabilizer PSS  
p
y
,
,
器结构 由于本地信号能观性较差 造成了对区间振  
[]  
[]  
效果下降 1 另一方面 目前兴起的虚拟惯量控制  
。
,
。
,
荡模式的控制不足 为此 文献  
采用远端联络线  
9
也使得 风 电 机 组 响 应 互 联 系 统 的 区 间 振 荡 模 式  
(
)
来进行附加  
功率偏差的广域信号  
wide-areasinal  
g
(
),  
导致区间振荡 模 式  
inter-areaoscillation modes  
,
。
的阻尼特性  
阻尼控制 进一步提高了  
DFIG  
[]  
2
,
。
阻尼减小 威胁电力系统安全稳定运行  
,
DFIG  
一般而言  
附加阻尼控制器具有特定结  
,
作为目前最为普及的风电类型 双馈风电机组  
[
]
9
构特性 6-  
为了更好地与同步发电机  
阻尼控  
。
PSS  
(
,
)
对 电 力 系  
doubl-fedinduction enerator DFIG  
y
g
,
制配合 两类阻尼控制器的参数协调整定一直是学  
。
统小干扰稳定的影响获得了较为深入的研究 文献  
[]  
。
术界的研究热点 传统结构的阻尼控制器广泛使用  
基于相位补偿的留数法整定 10 该方法虽然简单易  
从锁相环控制模态的角度阐述了  
和同步  
DFIG  
[
]
3
,
。
[]  
4
发电机小干扰情况下功角相互作用机理 文献  
,
,
用 物理意义明确 但缺少协调优化不同控制器的能  
、
则从并网输送距离 出力水平和联络线传送功率这  
。
,
,
[ ]  
11  
力
为此 基于控制回路的传递函数 文献  
采用  
。
文
个方面分析了  
对区间振荡模式的影响  
3
DFIG  
DFIG  
。
[ ]  
极点配置方法整定阻尼控制器 文献  
以区间振  
12  
荡模式阻尼最大的优化模型来协调整定阻尼控制  
[ ]  
[]  
,
献
表明 不仅  
的控制模式和容量大小对区  
5
,
间振荡模式产生影响 同时  
引起的电网潮流  
DFIG  
。
器
文献  
则是采用模糊控制策略来整定  
13  
DFIG  
。
,
变化也会对区间振荡模式产生影响 总之 大量文  
。
的阻尼控制器 这些整定方法虽然较好地取得了对  
,
献研究表明  
的接入会影响电力系统区间振  
DFIG  
荡模式 甚至会恶化区间振荡模式的阻尼  
为了缓解互联电力系统区间振荡模式阻尼不足  
,
低频振荡的抑制效果 但相比留数法缺少直观的物  
,
。
,
理意义 也不能有效地协调  
附加阻尼控制器  
DFIG  
。
的阻尼效果  
和同步发电机  
PSS  
为此 本文提出一种以抑制互联电力系统区间  
振荡为目的的 附加阻 尼和 协调控制设  
,
DFIG  
PSS  
:
;
: 。  
2017-02-25  
收稿日期  
上网日期  
修回日期  
2016-10-14  
[
]
14  
。
,
计策略 通过引入动态指标值的概念 直观地表  
征电力系统区间低频振荡的能量大小 通过优化动  
:
。
2017-03-06  
。
(
)。  
国家自然科学基金资助项目  
51307124  
万方数据  
30  
,
等
张
辰
双馈风电机组附加阻尼控制器与同步发电机  
协调设计  
PSS  
ꢀ
ꢀ
,
态 指 标 值 和 合 理 配 置 动 态 指 标 值 的 权 重 得 到  
控制器模型  
1.3ꢀDFIG  
附加阻尼控制器和同步发电机 的控制器  
为了有效 地 控 制  
的 有 功 和 无 功 功 率 输  
DFIG  
PSS  
DFIG  
解耦的控制方式 7-  
PQ  
[
]
13  
,
,
,
,
参数 在协调二者阻尼控制效果的基础上 进一步提  
出
主要采用  
其通  
的有  
DFIG  
。
高电力系统区间振荡模式的阻尼大小  
过控制转子侧电流的幅值和相位来实现  
DFIG  
,
功功率输出和无功功率输出解耦控制 主要结构如  
的机电暂态模型  
1ꢀDFIG  
。 ,  
中控制结构部分所示 一般而言 为  
附录  
图
A
A1  
,
针对小干扰稳定研究的时间尺度 忽略电磁暂  
,
DFIG  
了充分利用风力资源  
的有功功率输出主要  
,
DFIG  
态过程  
的机电暂态模型可以表示为风力机  
( )  
生成的有功功率参考  
MPPT  
由最大功率跟踪技术  
、
传动系统 模 型 感 应 发 电 机 模 型 和 控 制 器 模 型 这  
;
值决定  
的无功功率输出主要由具体的运行  
DFIG  
功率因数要求决定  
解耦的控制结构来看  
,
。
所示  
A1  
个部分 其结构图如附录  
图
。
3
A
风力机传动系统模型  
,
从
基本不响  
参与对电  
1.1ꢀ  
PQ  
DFIG  
风力机传动部分的动态特性可以通过 个质量  
块的等效模型来表示 9  
。
应电力系统的低频振荡 为了实现  
2
DFIG  
[]  
。
,
力系统低频振荡的抑制 参考同步发电机的  
结
PSS  
dθ  
,
构思路 在  
ì
的无功控制回路中引入基于广域  
tw  
DFIG  
(
)
=ωb ω ꢁωr  
t
dt  
dω  
。
信号的附加阻尼控制器 附加阻尼控制器可以动态  
1
[
t
,
调制  
的无功功率输出 实现对电力系统低频  
DFIG  
()  
1
( )]  
Tm ꢁKtwθ ꢁDtw ω ꢁωr  
ꢀ
í
=
tw  
t
dt 2Ht  
。
振荡的抑制  
dωr  
1
本文提出 的  
附 加 阻 尼 控 制 器 结 构 如 附  
DFIG  
[
(
)
]
=
Ktwθ +Dtw ω ꢁωr ꢁTe  
tw  
t
îdt 2Hg  
, 、  
所示 其 主 要 结 构 为 隔 直 环 节 增 益 环  
录
图
A
A2  
:
; ,  
为系统同步转速 标幺  
ωb  
式中  
为轴系扭转角度  
θ
tw  
、
。
,
节 相位补偿环节和限幅环节 同时 考虑到  
DFIG  
;
值取  
和
分别为风力机和感应发电机转子  
分别为风力机和感应发电机转子  
1.0ω  
ωr  
t
输出功率的波动特性会造成电力系统状态量的小范  
;
的转速  
和
Ht Hg  
,
围波动 为消除正常的状态量波动对风力机正常运  
;
的惯性时间常数  
和
分别为风力机的刚度系  
Ktw Dtw  
,
,
行的影响 本文提出的阻尼控制器加入了死区环节  
;
Tm  
数和转子的阻尼时间常数  
和
分别为风力机  
Te  
。
,
滤除小范围正常波动 同时 附加阻尼控制器的输  
。
输入的机械转矩和感应发电机输出的电磁转矩  
感应发电机模型  
。
中的无功控制回路中  
出信号反馈到附录  
图
A
A1  
1.2ꢀ  
,
综上所述 本文建立了  
的机电暂态模型  
DFIG  
,
坐标系下 考虑风力机定子电势的暂态  
在
d-  
q
。
及其广域阻尼控制器结构模型 通过合适地整定广  
,
DFIG  
过程  
的感应发电机部分可以用 阶的机电  
2
,
DFIG  
域附加阻尼控制器的控制参数  
可以有效地  
[
15  
]
。
,
暂态模型来表示 其表达式如下所示  
。
抑制电力系统低频振荡  
de  
1
ì
1
d =ꢁ  
e ꢁ XꢁX′is +sωse ꢁ  
[
(
) ]  
q
d
q
ωb dt  
T0  
附加阻尼控制器协调整定策略  
2ꢀ  
Lm  
(
目 前 兴 起 的 广 域 量 测 系 统  
ωs  
vr  
wide-area  
q
Lm +Lr  
()  
ꢀ
2
,
)
为 缓 解 大 规 模 电 力  
measurementsstem WAMS  
í
y
de  
1
1
q =ꢁ  
e + XꢁX′i ꢁsωse +  
[
(
) ]  
系统区域间低频振荡问题提供了能观性更佳的广域  
ds  
d
q
ωb dt  
T0  
,
信号 增强了阻尼控制器对区域间振荡模式的控制  
Lm  
ωs  
v
dr  
。
,
能力 然而 广域控制需要协调不同类型的阻尼控  
î
Lm +Lr  
分别为  
,
,
制器 且其控制能力不尽相同 从而大大增加了阻尼  
:
式中  
和
坐标系下的定 子内电势  
d-  
q
e
e
q
d
。
,
控制器的整定难度 目前 广泛采用的序列留数整  
定方法 10 普通优化方法 ]往往不能很好地协调  
;
轴和 轴分量  
和
分别为转子电压  
轴和  
d
d
q
v
vr  
q
q
dr  
[
]
、
[
12  
;
轴分量  
和
分别为定子电流的 轴和 轴分  
is d  
q
q
i
ds  
,
阻尼控制器的控制能力 因而造成总体上的控制能  
;
ωs  
;
;
为同步转速 为转子滑差率  
Lm  
量
和
分别  
Lr  
s
。
,
力不足 本文利用动态指标值的解析特性 一方面  
;
T0  
;
和
X
为励磁电抗和转子电抗  
为暂态时间常数  
可以通过优化区间功角差变量从而实现对区间低频  
。
分别为开路电抗和短路电抗  
X′  
;
振荡的抑制 另一方面可以通过改变优化权重协调  
,
同时 感应发电机模型中转子电流主要受到转  
。
不同阻尼控制器的控制能力  
,
子变流器和网侧变流器控制效果的影响 如附录  
A
。
所示  
图
A1  
万方数据  
://  
www.aes-info.com  
htt  
p
p
31  

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