含静止无功发生器的直驱风电并网系统稳定性分析方法技术方案

本发明专利技术涉及一种含静止无功发生器的直驱风电并网系统稳定性分析方法，基于特征值灵敏度分析各控制器参数变化对系统小干扰稳定性的贡献程度，筛选出对系统小干扰稳定性影响较显著的控制通道，经过特征值灵敏度分析进行控制通道筛选后，含SVG的直驱风电控制系统由4输入4输出系统简化为2输入2输出耦合系统；然后根据ICAD理论，将2输入2输出耦合系统等效拆分为2个单输入单输出的独立控制通道，对每个控制通道利用奈奎斯特判据判断系统稳定性的同时根据交互作用因子衡量不同控制通道间的交互作用程度。互作用程度。互作用程度。

【技术实现步骤摘要】
含静止无功发生器的直驱风电并网系统稳定性分析方法


[0001]本专利技术涉及风电
、特别涉及含静止无功发生器的直驱风电并网系统稳定性分析方法。

技术介绍

[0002]风能作为可再生清洁能源，已在新能源发电中承担着重要角色。风电机组出力的不确定性要求电力系统需要保持风电场并网点电压的稳定，从而决定了大规模风电场并网时需要采用动态无功补偿装置来维持系统的稳定运行。风机与动态无功补偿设备均为快速可控的电力电子装置，使得风电机组与电网之间的交互越来越复杂，容易引发振荡。此类事故的发生，使得由风电机组与其他电力电子装置之间的交互产生的振荡受到广泛关注。
[0003]目前常用的风电系统稳定性分析方法主要有特征值分析法和阻抗分析法。特征值分析法通过建立全系统的状态空间模型，求解状态矩阵的特征值来分析系统稳定性。该方法原理简单，易于实现，但存在一定的局限性：若状态矩阵维数过高，会严重影响计算效率，并且难以对系统振荡进行机理解释。阻抗分析法将系统视为多个独立的子系统，根据各子系统的结构分别建立小信号阻抗模型，从而利用电路原理或奈奎斯特稳定判据解释系统的失稳机理。其优势在于物理意义明确、可以在系统参数未知的情况下，通过实际测量获得的阻抗模型进行稳定性分析，但阻抗分析法只能定性地判断系统稳定与否，无法针对具体元件之间的两两交互展开分析。针对现有分析方法的缺陷，本专利技术提出了一种基于独立通道分析设计(Individual Channel Analysis and Design,ICAD)理论的含SVG直驱风电并网系统稳定性分析方法。该方法降低了多变量耦合系统稳定性分析的难度，在分析过程中可以同时定性判断系统稳定性以及定量衡量控制通道间的交互作用程度。本专利技术所做工作为研究含SVG的直驱风电并网系统稳定性分析提供了新思路。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种基于ICAD理论的含SVG直驱风电并网系统稳定性分析方法。本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种含静止无功发生器的直驱风电并网系统稳定性分析方法，基于特征值灵敏度分析各控制器参数变化对系统小干扰稳定性的贡献程度，筛选出对系统小干扰稳定性影响较显著的控制通道，经过特征值灵敏度分析进行控制通道筛选后，含SVG的直驱风电控制系统由4输入4输出系统简化为2输入2输出耦合系统；然后根据ICAD理论，将2输入2输出耦合系统等效拆分为2个单输入单输出的独立控制通道，对每个控制通道利用奈奎斯特判据判断系统稳定性的同时根据交互作用因子衡量不同控制通道间的交互作用程度。
[0006]进一步地：包括如下步骤：
[0007](1)建立含SVG的直驱风电并网系统的小信号模型，所建小信号模型包括SVG的d、q轴控制回路和直驱风电机组网侧变流器GSC的d、q轴控制回路；
[0008](2)基于含SVG的直驱风电控制系统的参数，求解所建小信号模型中状态矩阵A
all
的特征值λ、左特征向量l及右特征向量v，得到特征值灵敏度；
[0009](3)根据特征值灵敏度实部绝对值的大小，判断各控制器参数的变化对系统小干扰稳定性的影响；筛选出对系统小干扰稳定性影响较显著的两个控制通道，分别记为控制回路i＝1和i＝2；根据此2个控制通道，将含SVG的直驱风电控制系统由4输入4输出系统简化为2输入2输出耦合系统；
[0010](4)建立所述2输入2输出耦合系统的小信号状态空间模型，经Laplace变换并消去状态变量，得到被控对象的传递函数矩阵G：
[0011][0012](5)基于ICAD理论2输入2输出耦合系统拆分2个单输入单输出的等效独立控制通道1和2，建立两个等效独立控制通道的数学模型，方法如下：
[0013]定义矩阵
[0014][0015]式中，h
i
＝K
i
g
ii
/(1+K
i
g
ii
)，其中K
i
为控制通道i的外环PI控制器；
[0016]控制通道i的开环传递函数C
i
为：
[0017]C
i
＝K
i
g
ii
(1
‑
γh
j
)
[0018][0019]式中，j＝1,2且j≠i；γ定义为等效独立控制通道1与2之间交互作用因子；
[0020]控制通道i的扰动d
i
为：
[0021][0022]式中，矩阵R
i
表示将矩阵的第i列替换为参考输入变量Δr，并将第i个参考输入变量Δr
i
替换为0得到的矩阵；矩阵表示将矩阵划去第i行和第i列得到的矩阵；
[0023](6)根据两个控制通道的开环传递函数，利用奈奎斯特稳定性判据分析该通道的稳定性，进而判断整个系统的稳定性：若两个通道均稳定，则整个系统小干扰稳定；若存在一个通道不稳定，则整个系统小干扰不稳定；
[0024](7)利用2个单输入单输出的等效独立控制通道之间交互作用因子γ定量衡量两者之间的交互作用强度，即直驱风电机组与SVG之间的交互作用，γ的幅值越大，设备间的交互作用程度越强。
[0025]本专利技术相对于现有技术有以下优点：
[0026](1)本专利技术在模型简化方面具有理论支撑：基于特征值灵敏度分析的控制通道筛选突出了研究问题的重点，并且减轻了后续稳定性分析的计算工作量，为下一步分析奠定基础。
[0027](2)本专利技术在稳定性分析方面更加简单、精准：基于ICAD理论将2输入2输出耦合系统等效拆分为2个单输入单输出的独立控制通道，即可采用分析单变量系统的奈奎斯特判据处理多变量系统，并且可以具体找到系统中不稳定的控制通道，从而揭示系统不稳定的
根本原因。
[0028](3)本专利技术所采用的ICAD理论可以在定性判断系统小干扰稳定性的同时通过交互作用因子的大小定量评估控制通道间的交互作用程度。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例的含SVG的直驱风电控制系统4输入4输出结构框图
[0030]图2为本专利技术实施例的含SVG的直驱风电控制系统2输入2输出结构框图
[0031]图3为本专利技术实施例的含SVG的直驱风电控制系统等效独立控制通道
[0032]图4为本专利技术实施例的含SVG的直驱风电并网系统弱阻尼比的3个振荡模态对各控制器参数的特征值灵敏度实部
具体实施方式
[0033]本专利技术提出了一种基于ICAD理论的含SVG直驱风电并网系统稳定性分析方法，首先基于特征值灵敏度分析各控制器参数变化对系统小干扰稳定性的贡献程度，筛选出对系统小干扰稳定性影响较显著的控制通道，经过特征值灵敏度分析进行控制通道筛选后，含SVG的直驱风电控制系统由4输入4输出系统简化为2输入2输出耦合系统。然后根据ICAD理论，将2输入2输出耦合系统等效拆分为2个单输入单输出的独立控制通道，对每个控制通道利用奈奎斯特判据判断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含静止无功发生器的直驱风电并网系统稳定性分析方法，基于特征值灵敏度分析各控制器参数变化对系统小干扰稳定性的贡献程度，筛选出对系统小干扰稳定性影响较显著的控制通道，经过特征值灵敏度分析进行控制通道筛选后，含SVG的直驱风电控制系统由4输入4输出系统简化为2输入2输出耦合系统。根据ICAD理论，将2输入2输出耦合系统等效拆分为2个单输入单输出的独立控制通道，对每个控制通道利用奈奎斯特判据判断系统稳定性的同时根据交互作用因子衡量不同控制通道间的交互作用程度。2.根据权利要求1所述的直驱风电并网系统稳定性分析方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)建立含SVG的直驱风电并网系统的小信号模型，所建小信号模型包括SVG的d、q轴控制回路和直驱风电机组网侧变流器GSC的d、q轴控制回路；(2)基于含SVG的直驱风电控制系统的参数，求解所建小信号模型中状态矩阵A
all
的特征值λ、左特征向量l及右特征向量v，得到特征值灵敏度；(3)根据特征值灵敏度实部绝对值的大小，判断各控制器参数的变化对系统小干扰稳定性的影响；筛选出对系统小干扰稳定性影响较显著的两个控制通道，分别记为控制回路i＝1和i＝2；根据此2个控制通道，将含SVG的直驱风电控制系统由4输入4输出系统简化为2输入2输出耦合系统；(4)建立所述2输入2输出耦合系统的小信号状态空间模型，经Laplace变换并消去状态变量，得到被控对象的传递函数矩阵G：(5)基于ICAD理论2输入2输出耦合系统拆分2个单输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芳，王赫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：