[发明专利]考虑虚拟惯量的风电控制参数协调设置方法

权利要求书

1.考虑虚拟惯量的风电控制参数协调设置方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

1)设置待优化控制参数和电力系统灵敏度阈值ε；j＝1,2,...n；n为控制参数的个数；k初始值为0；

2)建立风力发电控制参数协调优化模型，计算得到区域间振荡阻尼比

3)利用优化算法对风力发电控制参数协调优化模型进行求解，从而得到电力系统阻尼比ζ_i和第k次更新的控制参数之间的灵敏度I₃；k＝0，1，2，3…；

4)比较灵敏度I₃和灵敏度阈值ε，若I₃ε，则删除当前控制参数并转入步骤5；若I₃≥ε，则保留当前控制参数并转入步骤5；

5)判断第k次更新的控制参数对应的区域间振荡阻尼比是否满足若否，则令k＝k+1，并以最后一次保留的控制参数的灵敏度I₃为优化方向，更新控制参数并返回步骤2；若是，则终止迭代，输出所有控制参数；y≤k。

2.根据权利要求1所述考虑虚拟惯量的风电控制参数协调设置方法，其特征在于，建立风力发电控制参数协调优化模型的主要步骤如下：

2.1)建立电力系统小信号分析模型，分别如公式1至公式3所示：

式中，x为电力系统状态变量集合，主要包括同步发电机转速和功角；u为电力系统电压和相角集合；f为时间求导函数；为x对时间的求导；

0＝g(x,u)； (2)

式中，g为电力系统潮流平衡方程；

式中，A_s为电力系统状态方程；Δx为电力系统状态变量偏差；

其中，系统状态方程A_s如下所示：

A_s＝(A-BD^-1C)； (4)

式中，A、B、C、D为参数方程；

参数方程A、参数方程B、参数方程C、参数方程D分别如公式5至公式8所示：

式中，x₀为系统状态平衡点；

2.2)对电力系统状态方程A_s进行求解，得到电力系统状态方程A_s的特征根λ_i＝σ_i±jw_i；i＝1,2，…，l；l为电力系统状态方程A_s特征根总数，也即电力系统工作模式总数；σ_i为特征根λ_i的实部表达形式；jw_i为特征根λ_i的虚部表达形式；

基于特征根λ_i，计算得到电力系统的阻尼比ζ_i，即：

电力系统的阻尼比ζ_i的约束条件如下：

ζ_i＞0； (10)

2.3)将与传统同步发电机有关的状态变量x写入状态变量集合x_SG中，将与风力发电有关的状态变量x写入状态变量集合x_W中，从而对公式3分块如下：

式中，状态方程A_s22中的元素包括风电控制参数；

其中，状态变量集合x_SG如下所示：

x_SG＝[δ,ω,E′_q,E′_d]^T； (12)

式中，δ为同步发电机功角集合；ω为同步发电机转速的集合；E′_q、E′_d为同步发电机交轴和直轴电动势的集合；

状态变量集合x_W如下所示：

式中，x₁、x₂、x₃、x₄为风电系统转子变流器控制的中间变量；i_dr、i_qr为风电系统转子电流；为风电系统定子磁链；x_PLL、δ_PLL为锁相环控制中间变量；x_ω为虚拟惯量控制中间变量；ω_r为第r个同步发电机转速；

风电控制参数方程P如下所示：

p＝[H_ω,K_{P_PLL},K_{I_PLL},K_P1,K_I1,K_P2,K_I2,K_P3,K_I3,K_P4,K_I4]^T； (14)

式中，H_ω为虚拟惯量控制参数；K_{P_PLL}、K_{I_PLL}为锁相环控制参数；K_P1、K_I1、K_P2、K_I2、K_P3、K_I3、K_P4、K_I4为转子变流器控制参数；

2.4)基于电力系统惯量，建立频率约束，分别如公式15至公式18所示：

频率的偏差Δf如下所示：

式中，ΔP_d为系统的干扰量；D_L为负荷阻尼系数；t为干扰持续时间；H_total为系统总惯量；

其中，频率的偏差Δf满足以下约束条件：

-Δf_max≤Δf(p)≤Δf_max (16)

式中，Δf_max为频率的最大偏差；

频率的变化速率如下所示：

其中，频率的变化速率满足以下约束条件：

式中，为频率的最大变化速率；

其中，系统总惯量H_total如下所示：

式中，H_SG是同步机惯性时间常数；H_ω是由风电虚拟惯量控制参数模拟的惯量时间常数；S_SG是同步机发电机的容量；N_SG是同步机发电机的总数；S_W是风电的容量；α为任意同步机发电机；

令Δf，则公式16和公式18统一如下：

-b≤h(p)≤b (20)

式中，当时，当h(p)＝Δf时，b＝Δf_max；

2.5)基于步骤2.1至步骤2.4，风力发电控制参数协调优化模型如下所示：

max ζ(p)_inter-area； (21)

式中，max表示最大值；ζ(p)_inter-area为区域间振荡阻尼比；

其中，风力发电控制参数协调优化模型的约束分别如公式22至公式24所示，即：

s.t.ζ(p)＞0； (22)

p_min≤p≤p_max； (23)

-b≤h(p)≤b； (24)

式中，ζ(p)为系统阻尼比集合；p为控制参数集合；p_min和p_max为控制参数的下限和上限；h(p)为与虚拟惯量控制参数相关的频率函数；b为频率稳定性指标。