[发明专利]一种适用于双馈风机的电力系统稳定器设计方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源电力系统自动控制技术领域，尤其涉及一种适用于双馈风机的电力系统稳定器设计方法。

背景技术

近年来，以风电为代表的新能源电力系统已经成为增长速度最快的能源来源。随着越来越多的大规模风电场的接入电网，风电的装机容量已经到了不可忽略的地步。理论和实践表明，风电的运行状态，特别是在电力系统发生故障后的暂态状态，直接关系电网的安全稳定运行。双馈风机因其制造成本低、控制方式灵活，已经在接入电网的风电场中占据主导地位。目前，双馈风机转子侧常见的控制方式是串级PID有功、无功解耦控制，但是PID控制器参数是根据某一工况下的近似线性模型整定的，在电力系统受到大扰动的情况下，其动态控制效果很难保证。

目前，已有的可应用于双馈风机的电力系统稳定器全部都是沿用以前同步机的设计方式，并未考虑双馈风机的特性。因此，设计一种适用于双馈风机的电力系统稳定器，是提高双馈风机暂态稳定性，进而提高电网消纳风电能力的有效方法。

发明内容

针对背景技术中提到的已有的可应用于双馈风机的电力系统稳定器未考虑双馈风机的特性，动态控制效果很难保证的问题，本发明提出了一种适用于双馈风机的电力系统稳定器设计方法。

一种适用于双馈风机的电力系统稳定器设计方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：对全网节点、线路统一编号并建立系统参数表；

步骤2：建立双馈风机增广关联测量模型；

步骤3：设计各选定工况点下的电力系统稳定器；

步骤4：计算模型切换权值并得到控制器输出。

所述步骤1中，对全网节点、线路统一编号的过程为：

风电场节点的编号从1开始到N₁；同步发电机节点的编号从N₁+1到N；其他节点从N+1到m，m为节点总数；对全网电力线路进行编号，从1到n，n为总支路数。

所述系统参数表包括系统导纳矩阵Y_B、双馈风机参数和同步发电机参数：

所述系统导纳矩阵

其中：Y_Bi(i=1,2,…,n)为各支路导纳，电力负荷以恒定导纳表示且并入支路导纳；

所述双馈风机参数包括定子电抗X_s、转子电抗X_r、互抗X_m、等效暂态电抗X′、转子惯性时间常数H、电磁转矩T_e、机械转矩T_m、定子电阻R_s、转子电阻R_r和阻尼系数F；

所述同步发电机参数包括d轴同步电抗X_d和q轴同步电抗X_q。

所述步骤2中，建立双馈风机增广关联测量模型的过程为：

步骤201：电网调度中心利用风电场现有通讯设备RTU，将关联矩阵M_A传送到风电场监控设备端以确定电网接线图，从而根据全系统网络方程得到网络小信号方程；

所述关联矩阵M_A为m×n阶矩阵，关联矩阵的行号与节点号相对应，列号与支路号相对应；关联矩阵只含1，0，-1三种元素，具体意义为：矩阵每一行非零元素的个数表示与该节点相连接支路的个数，其中1表示相应支路电路电流的规定方向是离开节点；0表示该支路与该节点未连接；-1表示相应支路电路电流的规定方向是流入节点；矩阵每一列的非零元素所在位置表示相应支路两端的节点号；m为总节点数，n为总支路数；

所述全系统网络方程为：

式中，

写出仅包含发电机节点的网络方程并按V_Ti=V_Xi+jV_Yi,I_Ti=I_Xi+jI_Yj,Z_ij=R_ij+jX_ij展开得到：

式中：V_i，I_i分别表示第i个节点的电压、电流矢量；R_ij，X_ij分别表示第i个节点到第j个节点阻抗、电阻和电抗；V_xi，V_yi，I_xi和I_yi表示第i个节点电压、电流的x轴，y轴分量；

将上式偏差化并写为紧凑形式，得到网络小信号方程为：