[发明专利]网侧次同步阻尼控制器全工况优化方法及装置

权利要求书

1.一种网侧次同步阻尼控制器全工况优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据次同步阻尼计算器和次同步电流发生器获取网侧次同步阻尼控制器的受控电流源模型，其中，所述网侧次同步阻尼控制器包括：次同步阻尼计算器和次同步电流发生器，次同步阻尼计算器包括：滤波器，用于从反馈信号中提取次同步频率信号；电压信号比例移相、电流信号比例移相、加法运算器，用于计算需要输出的次同步电流；次同步电流发生器包括：变流器装置控制器，用于根据次同步阻尼计算器生成的参考电流控制变流器装置发出对应的电流；变流器装置，用于发出需要的次同步电流；所述网侧次同步阻尼控制器的受控电流源模型为：

i_abc(s)＝H_F(s)H_d(s)(H_ci(s)i_in(s)+H_cu(s)u_in(s))，

其中，i_abc(s)为实际输出的电流，H_F(s)为滤波器模型，H_d(s)为次同步电流发生器模型，H_ci(s)为电流信号比例移相，H_cu(s)为电压信号比例移相，i_in为受控系统电流反馈信号；u_in为受控系统电压反馈信号；其中，

所述滤波器模型为任何实现带通滤波、带阻滤波、高通滤波或低通滤波功能的模拟式、数字式或其混合构成的滤波器，以从反馈信号中提取次同步分量，为H_F(s)＝H_P(s)H_S(s)，包含带通滤波器H_P(s)和带阻滤波器H_S(s)；或者，其中，ω_P是带通滤波器中心频率，ζ_P是带通滤波器阻尼系数，ω_S是带阻滤波器中心频率，ζ_S是带阻滤波器阻尼系数，s＝jω表示复频域；

所述电流信号比例移相用于实现对电流信号的放大和移相操作，为：K_i表示增益，T_i表示时间常数；

所述电压信号比例移相用于实现对电压信号的放大和移相操作，为：K_u表示增益，T_u表示时间常数；

所述次同步电流发生器模型表示由电力电子变流器实现的能产生次同步电流的装备，其模型采用比例-滞后环节来描述，为：K_d表示输出电流i_abc相比于参考信号i^*_abc的幅值增益，T_d表示输出电流相比于参考信号的时间延迟；

根据风场和电网获取受控系统的阻抗网络模型，其中，受控系统包括风场和电网，其中，风场包括风机、变压器、风电场内线路；电网包括串补线路、非串补线路、变压器、受端系统；其中，

风机阻抗：Z_WTG＝R_WTG+jX_WTG，风机阻抗模型包括：对于双馈风机阻抗：

对于异步风机阻抗：Z_WTG＝Z_SEIG＝(r_rs(s-jω_r)^-1+sL_r)//(sL_m)+R_s+sL_s；对于永磁风机阻抗：Z_WTG＝Z_PMSG＝R_PMSG+jX_PMSG；

变压器阻抗：Z_T＝sL_T+R_T；

风场内线路阻抗和非串补线路阻抗：Z_FL＝sL_FL+R_FL；

串补线路阻抗：Z_CL＝sL_CL+R_CL+1/(sC_CL)；

受端系统阻抗：Z_SYS＝sL_SYS+R_SYS；

其中，R_WTG：风机等效电阻；X_WTG：风机等效电抗；L_T：变压器等效电感；R_T：变压器等效电阻；L_T：变压器等效电感；R_T：变压器等效电阻；L_FL：非串补线路等效电感；R_FL：非串补线路等效电阻；L_CL：串补线路等效电感；R_CL：串补线路等效电阻；C_CL：串补线路的串补电容；L_SYS：系统等效电感；R_SYS：系统等效电阻；下标WTG、DFIG、PMSG、SEIG分别表示风机、双馈风机、永磁风机、异步风机；K_p表示风机转子控制环节比例常数；ω_r表示风机转子转速；r_r表示风机转子电阻；L_r表示风机转子电感；L_m表示风机励磁电感；R_s表示风机定子电阻；L_s表示风机定子电感；R_PMSG表示永磁风机等效电阻；X_PMSG表示永磁风机等效电抗，在次同步频率范围可以表现为容性；

根据拓扑互联起来，形成阻抗网络模型，所述阻抗网络模型为：

Z_Σ＝Z_风场+Z_电网，

其中，Z_风场为包括风机、变压器、风场内线路和网侧次同步阻尼控制的整体等效聚合阻抗模型，Z_电网为包括串补线路、非串补线路、变压器和受端系统的整体等效聚合阻抗模型；

通过所述受控电流源模型和所述阻抗网络模型得到全工况综合性能评价指标，具体地：风机数量变化范围：n_minWTG～n_maxWTG，根据风机数量变化范围选择N_WTG种工况，其中：n_minWTG表示风机数量最小值，n_maxWTG表示风机数量最大值；风速变化范围：W_min～W_max，根据风速变化范围选择N_W种工况，其中：W_min表示风速最小值，W_max表示风速最大值；串补度变化范围：δ_min～δ_max，ω₀表示工频频率，根据串补度变化范围选择N_δ种工况，其中：δ_min表示串补度最小值；δ_max表示串补度最大值；受端系统阻抗变化范围：Z_minSYS～Z_maxSYS；根据系统阻抗变化范围选择N_sys种工况，其中：表示Z_minSYS表示受端系统阻抗最小值，Z_maxSYS表示受端系统阻抗最大值；选择评价的工况总数：N＝N_δN_WTGN_sysN_W，Z_Σ在次同步谐振频率下的零点记为z_SSR＝σ±jω，σ和ω分别表示实部和虚部，N种工况下的次同步谐振零点分别记为：z_SSR1＝σ₁±jω₁，......，z_SSRN＝σ_N±jω_N；σ₁，......σ_N对应的权重系数分别记为η₁，η₂，......η_N；所述全工况综合性能评价指标为：f＝max{η₁σ₁,η₂σ₂,......η_Nσ_N}，其中，σ表示实部，σ₁、σ₂......σ_N对应的权重系数分别记为η₁、η₂......η_N，以评价阻尼最差的工况，进而获取所述网侧次同步阻尼控制器的优化参数，以为优化网侧次同步阻尼控制器的参数提供依据；以及

根据所述全工况综合性能评价指标得到所述网侧次同步阻尼控制器的全工况优化控制问题规范，以改善风电场次同步阻尼，并提高风电场的稳定性，具体地：控制器设计的目标是在风场全工况中最差的工况下能够提供尽可能多的阻尼，同时考虑电流信号比例移相和电压信号比例移相中增益和时间常数的约束条件，从而将所述全工况优化控制问题规范为约束优化问题，所述约束优化问题为：

min f＝max{η₁σ₁,η₂σ₂,......η_Nσ_N}，

其中，K_i、K_u、T_i、T_u为控制系统的优化参数，K_upi、K_upu为K_i和K_u的上限值，T_up为T_i,T_u的上限值。

2.一种网侧次同步阻尼控制器全工况优化装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于根据次同步阻尼计算器和次同步电流发生器获取网侧次同步阻尼控制器的受控电流源模型，其中，所述网侧次同步阻尼控制器包括：次同步阻尼计算器和次同步电流发生器，次同步阻尼计算器包括：滤波器，用于从反馈信号中提取次同步频率信号；电压信号比例移相、电流信号比例移相、加法运算器，用于计算需要输出的次同步电流；次同步电流发生器包括：变流器装置控制器，用于根据次同步阻尼计算器生成的参考电流控制变流器装置发出对应的电流；变流器装置，用于发出需要的次同步电流，所述网侧次同步阻尼控制器的受控电流源模型为：

i_abc(s)＝H_F(s)H_d(s)(H_ci(s)i_in(s)+H_cu(s)u_in(s))，

其中，i_abc(s)为实际输出的电流，H_F(s)为滤波器模型，H_d(s)为次同步电流发生器模型，H_ci(s)为电流信号比例移相，H_cu(s)为电压信号比例移相，i_in为受控系统电流反馈信号，u_in为受控系统电压反馈信号；其中，

所述滤波器模型为任何实现带通滤波、带阻滤波、高通滤波或低通滤波功能的模拟式、数字式或其混合构成的滤波器，以从反馈信号中提取次同步分量，为H_F(s)＝H_P(s)H_S(s)，包含带通滤波器H_P(s)和带阻滤波器H_S(s)；或者，其中，ω_P是带通滤波器中心频率，ζ_P是带通滤波器阻尼系数，ω_S是带阻滤波器中心频率，ζ_S是带阻滤波器阻尼系数，s＝jω表示复频域；

所述电流信号比例移相用于实现对电流信号的放大和移相操作，为：K_i表示增益，T_i表示时间常数；

所述电压信号比例移相用于实现对电压信号的放大和移相操作，为：K_u表示增益，T_u表示时间常数；

所述次同步电流发生器模型表示由电力电子变流器实现的能产生次同步电流的装备，其模型采用比例-滞后环节来描述，为：K_d表示输出电流i_abc相比于参考信号i^*_abc的幅值增益，T_d表示输出电流相比于参考信号的时间延迟；

第二获取模块，用于根据风场和电网获取受控系统的阻抗网络模型，其中，受控系统包括风场和电网，其中，风场包括风机、变压器、风电场内线路；电网包括串补线路、非串补线路、变压器、受端系统；其中，

风机阻抗：Z_WTG＝R_WTG+jX_WTG，风机阻抗模型包括：对于双馈风机阻抗：

对于异步风机阻抗：Z_WTG＝Z_SEIG＝(r_rs(s-jω_r)^-1+sL_r)//(sL_m)+R_s+sL_s；对于永磁风机阻抗：Z_WTG＝Z_PMSG＝R_PMSG+jX_PMSG；

变压器阻抗：Z_T＝sL_T+R_T；

风场内线路阻抗和非串补线路阻抗：Z_FL＝sL_FL+R_FL；

串补线路阻抗：Z_CL＝sL_CL+R_CL+1/(sC_CL)；

受端系统阻抗：Z_SYS＝sL_SYS+R_SYS；

其中，R_WTG：风机等效电阻；X_WTG：风机等效电抗；L_T：变压器等效电感；R_T：变压器等效电阻；L_T：变压器等效电感；R_T：变压器等效电阻；L_FL：非串补线路等效电感；R_FL：非串补线路等效电阻；L_CL：串补线路等效电感；R_CL：串补线路等效电阻；C_CL：串补线路的串补电容；L_SYS：系统等效电感；R_SYS：系统等效电阻；下标WTG、DFIG、PMSG、SEIG分别表示风机、双馈风机、永磁风机、异步风机；K_p表示风机转子控制环节比例常数；ω_r表示风机转子转速；r_r表示风机转子电阻；L_r表示风机转子电感；L_m表示风机励磁电感；R_s表示风机定子电阻；L_s表示风机定子电感；R_PMSG表示永磁风机等效电阻；X_PMSG表示永磁风机等效电抗，在次同步频率范围可以表现为容性；

根据拓扑互联起来，形成阻抗网络模型，所述阻抗网络模型为：

Z_Σ＝Z_风场+Z_电网，

其中，Z_风场为包括风机、变压器、风场内线路和网侧次同步阻尼控制的整体等效聚合阻抗模型，Z_电网为包括串补线路、非串补线路、变压器和受端系统的整体等效聚合阻抗模型；

计算模块，用于通过所述受控电流源模型和所述阻抗网络模型得到全工况综合性能评价指标，具体地：风机数量变化范围：n_minWTG～n_maxWTG，根据风机数量变化范围选择N_WTG种工况，其中：n_minWTG表示风机数量最小值，n_maxWTG表示风机数量最大值；风速变化范围：W_min～W_max，根据风速变化范围选择N_W种工况，其中：W_min表示风速最小值，W_max表示风速最大值；串补度变化范围：δ_min～δ_max，ω₀表示工频频率，根据串补度变化范围选择N_δ种工况，其中：δ_min表示串补度最小值；δ_max表示串补度最大值；受端系统阻抗变化范围：Z_minSYS～Z_maxSYS；根据系统阻抗变化范围选择N_sys种工况，其中：表示Z_minSYS表示受端系统阻抗最小值，Z_maxSYS表示受端系统阻抗最大值；选择评价的工况总数：N＝N_δN_WTGN_sysN_W，Z_Σ在次同步谐振频率下的零点记为z_SSR＝σ±jω，σ和ω分别表示实部和虚部，N种工况下的次同步谐振零点分别记为：z_SSR1＝σ₁±jω₁，......，z_SSRN＝σ_N±jω_N；σ₁，......σ_N对应的权重系数分别记为η₁，η₂，......η_N；所述全工况综合性能评价指标为：f＝max{η₁σ₁,η₂σ₂,......η_Nσ_N}，其中，σ表示实部，σ₁、σ₂......σ_N对应的权重系数分别记为η₁、η₂......η_N，以评价阻尼最差的工况，进而获取所述网侧次同步阻尼控制器的优化参数，以为优化网侧次同步阻尼控制器的参数提供依据；以及

处理模块，用于根据所述全工况综合性能评价指标得到所述网侧次同步阻尼控制器的全工况优化控制问题规范，以改善风电场次同步阻尼，并提高风电场的稳定性，具体地：控制器设计的目标是在风场全工况中最差的工况下能够提供尽可能多的阻尼，同时考虑电流信号比例移相和电压信号比例移相中增益和时间常数的约束条件，从而将所述全工况优化控制问题规范为约束优化问题，所述约束优化问题为：

min f＝max{η₁σ₁,η₂σ₂,......η_Nσ_N}，

其中，K_i、K_u、T_i、T_u为控制系统的优化参数，K_upi、K_upu为K_i和K_u的上限值，T_up为T_i,T_u的上限值。