[发明专利]基于数字带阻滤波器的风功率平抑控制方法

摘要

本发明是针对风电功率波动中存在的敏感频率段，提出了一种基于数字带阻滤波器的风功率平抑控制方法，通过设计数字带阻滤波器的控制算法改变对应参数调节滤波器中心频率和带宽，并将其运用到风电功率平抑控制系统中，分析带阻滤波器的控制算法对风电场波动功率平抑控制的改善效果,得到需要储能系统吞吐的目标参考功率，因此实现储能系统与滤波器配合共同平抑风电功率波动的控制效果，能够准确提取波动功率，储能系统吞吐的目标功率明确，其科学合理，适用性强，效果佳。

主权项

一种基于数字带阻滤波器的风功率平抑控制方法，其特征是：将风电场与滤波器和超级电容器储能系统相连后并入电网，根据需要提取对应频率段内的波动功率，设定中心频率和带宽，利用滤波器提取对应波动功率，输出功率的吞吐指令给超级电容器储能系统，进而实现平滑功率并网，在改善并网品质的同时，提高新能源并网规模，其具体内容包括：1)带阻滤波器控制模型的设定设定的二阶模拟带阻滤波器的传递函数为式(1)：HBS(S)=S2+Ω02S2+BS+Ω02---(1)]]>S为复频率，Ω0为阻带的中心频率，B为带宽；对式(1)做双线性的变换，将模拟带阻滤波器模型转换为数字带阻滤波器模型，变换后的模型为式(2)：HBS(Z)=HBS(S)|S=2T·1-Z-11+Z-1=(4+T2Ω02)-2(4-T2Ω02)Z-1+(4+T2Ω02)Z-2(4+T2Ω02+2TB)-2(4-T2Ω02)Z-1+(4+T2Ω02-2TB)Z-2---(2)]]>令则滤波器模型化简为式(3)：HBS(Z)=1+α2·1-2β·Z-1+Z-21-β·(1+α)Z-1+α·Z-2---(3)]]>数字滤波器的角频率为ω＝2πfT，其中T为采样周期，f为数字频域中的频率，Z为延迟因子，数字频域中的角频率ω与模拟频域中的角频率Ω的关系为非线性，其转换关系为式(4)：Ω=tan(ω2)---(4)]]>对式(3)取模值得：|HBS(Z)|2=(1+α)2·(1+2β2+2cos2ω-4βcosω)2[1+β2(1+α)2+α2-2β(1+α)2cosω+2αcos2ω]---(5)]]>令(3)式的一阶导数为零得该滤波器的中心频率，并根据模值计算求得的带宽分别为：f0=arccosβ2πTBω=ωc2-ωc1=arccos2α1+α2---(6)]]>由此可知数字带阻滤波器的两个参数，频率f0和带宽Bω分别对应参数β和α，因此若要调节数字带阻滤波器的中心频率和带宽，只需要考虑如何调节对应参数即可，而不必顾及参数之间的相互影响，这就使得调节数字带阻滤波器的中心频率和带宽时，既操作简单而又方便；2)基于储能系统的风电功率平抑控制数字带阻滤波器跟踪被测信号中的某一频率成份，通过参数β和α做调整，达到理想的滤波效果，令数字带阻滤波器HBS(Z)＝Yk/Xk则为式(7)：YkXk=HBS(Z)=1+α2·1-2β·Z-1+Z-21-β·(1+α)Z-1+α·Z-2---(7)]]>整理后为式(8)：Yk=1+α2Xk-β(1+α)XkZ-1+1+α2XkZ-2+β(1+α)YkZ-1-αYkZ-2---(8)]]>Xk和Yk表示滤波器第k个采样点的输入和输出，Z表示延迟因子；由此推导数字带阻滤波器的控制算法为式(9)：Yk=1+α2Xk-β(1+α)X(k-1)+1+α2X(k-2)+β(1+α)Y(k-1)-αY(k-2)---(9)]]>在基于滤波器的风电功率平抑控制中，设数字带阻滤波器的输入为风电场的输出功率为Pwind，滤波器的输出为Pout，令HBS(Z)＝Pout.k/Pwind.k则为式(10)：Pout.k=1+α2Pwind.k-β(1+α)Pwind.kZ-1+1+α2Pwind.kZ-2+β(1+α)Pout.kZ-1-αPout.kZ-2---(10)]]>Pwind.k表示滤波器第k个采样点的输入，Pout.k表示滤波器第k个采样点的输出，由数字带阻滤波器的控制算法来确定控制储能系统的充放电参考值，Pc‑ref为储能系统参考功率，Pwind.k‑Pout.k为需要储能系统吞吐的波动功率，Pc‑ref＝Pwind.k‑Pout.k则为式(11)：Pc-ref=Pwind.k-(1+α2Pwind.k-β(1+α)Pwind.kZ-1+1+α2Pwind.kZ-2+β(1+α)Pout.kZ-1-αPout.kZ-2)=1-α2Pwind.k+β(1+α)Pwind.kZ-1-1+α2Pwind.kZ-2-β(1+α)Pout.kZ-1+αPout.kZ-2---(11)]]>又因z为延迟因子，则储能系统参考功率表示为式(12)：Pc-ref=1-α2Pwind.k+β(1+α)Pwind(k-1)-1+α2Pwind(k-2)-β(1+α)Pout(k-1)+αPout(k-2)---(12)]]>即为利用储能系统的数字带阻滤波器的控制算法。