基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法及系统

本发明涉及新能源高渗透电力系统的功率振荡抑制和频率支撑，具体而言，涉及基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法及系统。

背景技术：

1、引入构网型控制后，风电机组具备虚拟惯量和阻尼，可为系统提供惯性和阻尼支撑。然而，在动态过程中，虚拟惯量和阻尼始终相互影响，并且存在设计矛盾。过大的虚拟惯量将会削弱阻尼，引发系统功率振荡。同时，引入的虚拟惯量存在频率的超调问题，延长了系统频率的恢复时间。因此，如何协调设计构网型风电机组的控制参数，整合功率振荡抑制和频率支撑功能，充分释放构网型风电机组的主动支撑潜力仍是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的是设计一种基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制技术，进而充分释放构网型风电机组的主动支撑潜力，并能够显著提高构网型风电机组抑制系统功率振荡和支撑频率稳定的能力。

2、为了实现上述技术目的，本申请提供了基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法，包括以下步骤：

3、基于构网型风电机组和同步发电机，通过设置参考同步发电机，获取构网型风电机组、同步发电机和参考同步发电机两两之间的同步转矩系数；

4、基于同步转矩系数，通过获取同步发电机功角的第一变化量和第一变化量对时间的一阶导数和二阶导数，以及构网型风电机组功角的第二变化量和第二变化量对时间的一阶导数和二阶导数，通过获取同步发电机和构网型风电机组的阻尼、惯量，构建构网型风电机组与同步发电机间的能量转移耦合运动模型；

5、基于能量转移耦合运动模型，获取构网型风电机组的振荡能量函数，根据构网型风电机组的初始能量，对构网型风电机组进行控制，使得同步发电机与构网型风电机组间的振荡能量完全转移。

6、优选地，在获取同步转矩系数的过程中，同步发电机与参考同步发电机间的同步转矩系数表示为：

7、kg＝ugu0bg0cosδg0

8、式中，δg0为同步发电机功角，ug、u0分别同步发电机、参考同步发电机母线处的电压；bg0为同步发电机与参考同步发电机之间的导纳。

9、优选地，在获取同步转矩系数的过程中，构网型风电机组与参考同步发电机间的同步转矩系数表示为：

10、kv＝uvu0bv0cosδv0

11、式中，bv0为构网型风电机组与参考同步发电机之间的导纳，δv0表示构网型风电机组功角。

12、优选地，在获取同步转矩系数的过程中，同步发电机与构网型风电机组间的同步转矩系数表示为：

13、kgv＝uguvbgv cos(δg0-δv0)

14、式中，bgv为同步发电机与构网型风电机组之间的导纳。

15、优选地，在构建能量转移耦合运动模型的过程中，能量转移耦合运动模型表示为：

16、

17、式中，表示同步发电机功角的变化量对时间的二阶导数；表示同步发电机功角的变化量对时间的一阶导数；δδg表示同步发电机功角的变化量；表示构网型风电机组功角的变化量对时间的二阶导数，表示构网型风电机组功角的变化量对时间的一阶导数；δδv表示构网型风电机组功角的变化量；dg、dv分别为同步发电机、构网型风电机组的阻尼；mg、mv分别为同步发电机、构网型风电机组的惯量。

18、优选地，在获取振荡能量函数的过程中，振荡能量函数表示为：

19、

20、式中，λ＝mv/mg，k1＝kgv/kg，k2＝kv/kg，ψ＝α-β，c为常数；ccosθ和csinθ为幅值；α和β为相位，θ为相角。

21、优选地，在获取初始能量的过程中，初始能量表示为：

22、

23、优选地，在对构网型风电机组进行控制的过程中，当θ＝π/2时，通过初始能量和振荡能量函数，得到使得同步发电机与构网型风电机组间的振荡能量完全转移的条件，表示为：

24、

25、本发明公开了基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制系统，包括：

26、同步转矩系数获取模块，用于基于构网型风电机组和同步发电机，通过设置参考同步发电机，获取构网型风电机组、同步发电机和参考同步发电机两两之间的同步转矩系数；

27、运动模型构建模块，用于基于同步转矩系数，通过获取同步发电机功角的第一变化量和第一变化量对时间的一阶导数和二阶导数，以及构网型风电机组功角的第二变化量和第二变化量对时间的一阶导数和二阶导数，通过获取同步发电机和构网型风电机组的阻尼、惯量，构建构网型风电机组与同步发电机间的能量转移耦合运动模型；

28、控制模块，用于基于能量转移耦合运动模型，获取构网型风电机组的振荡能量函数，根据构网型风电机组的初始能量，对构网型风电机组进行控制，使得同步发电机与构网型风电机组间的振荡能量完全转移。

29、优选地，运动模型构建模块构建的能量转移耦合运动模型表示为：

30、

31、式中，表示同步发电机功角的变化量对时间的二阶导数；表示同步发电机功角的变化量对时间的一阶导数；δδg表示同步发电机功角的变化量；表示构网型风电机组功角的变化量对时间的二阶导数，表示构网型风电机组功角的变化量对时间的一阶导数；δδv表示构网型风电机组功角的变化量；dg、dv分别为同步发电机、构网型风电机组的阻尼；mg、mv分别为同步发电机、构网型风电机组的惯量。

32、本发明公开了以下技术效果：

33、本发明提供的基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制参数设计方法，充分释放构网型风电机组的主动支撑潜力，可显著提高构网型风电机组抑制系统功率振荡和支撑频率稳定的能力。

技术特征：

1.基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法，其特征在于：

9.基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制系统，其特征在于：

技术总结本发明公开了基于振荡能量高效转移的构网型风电机组控制方法及系统，属于新能源高渗透电力系统的功率振荡抑制和频率支撑技术领域，包括：基于构网型风电机组和同步发电机，通过设置参考同步发电机，获取构网型风电机组、同步发电机和参考同步发电机两两之间的同步转矩系数；通过获取同步发电机功角和构网型风电机组功角的变化量以及对时间的一阶导数和二阶导数，和同步发电机和构网型风电机组的阻尼、惯量，来构建能量转移耦合运动模型，根据构网型风电机组的初始能量和振荡能量函数，对构网型风电机组进行控制。本发明能够充分释放构网型风电机组的主动支撑潜力，并显著提高了构网型风电机组抑制系统功率振荡和支撑频率稳定的能力。技术研发人员：张祥宇,黄泳漩,付媛受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）技术研发日：技术公布日：2024/7/29