[发明专利]基于DFIG-FMAC-PSS控制的风电并网系统暂态稳定性改善方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电并网系统的暂态稳定性改善方法，特别是一种基于DFIG-FMAC-PSS控制的风电并网系统暂态稳定性改善方法。 

背景技术

目前，由风力发电和大电力系统组成的风电并网系统，具有充分利用可再生能源、提高环保性和经济性等诸多优点，在可持续发展和降低环境污染方面起到越来越重要的作用。但风电并网后会对系统的稳定运行产生影响，会影响到系统电压的波动和电能质量，还会造成谐波污染，其中由风电并网产生的电压波动和闪变是主要负面影响。如何消除负面影响、保证系统暂态稳定性不降低是当前需解决的问题。在并网系统的同步发电机（SG）装设自动电压调节器（AVR）和电力系统稳定器（PSS）可保持系统稳定，但当SG被切断以调节风力，其阻尼作用会丧失。解决这一问题经济可行的办法是在并网系统的双馈感应发电机（DFIG）装设这些装置并进行DFIG-FMAC-PSS控制。2005年第4期的《IEEE Transaction on Power Systems》中《Control of DFIG-Based Wind Generation for Power Network Support》一文提出采用转子磁链幅值和相角控制（FMAC）方案，其优点是可减少功率控制环和电压控制环间相互影响，使故障后系统阻尼和电压恢复加强，但该文没有考虑将FMAC和PSS控制相结合。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于DFIG-FMAC-PSS控制的风电并网系统暂态稳定性改善方法。该方法能较好地提供电压控制、促进阻尼作用和提高风电并网的暂态稳定性，通过DFIG装设的AVR进行转子电压幅值调整，PSS进行角度调整，可实现对发电机的端电压和输出功率的FMAC控制。仿真和实验结果表明，该方法能大大减少功角、电压波形以及输出功率的振荡，使DFIG风电并网系统的暂态稳定性大大提高，故障后的系统迅速恢复到稳定状态。 

为达到上述目的本发明采用的技术方案是：基于DFIG-FMAC-PSS控制的风电并网系统暂态稳定性改善方法，包括建立DFIG数学模型（1）、形成DFIG的FMAC控制方法(2)、形成DFIG的FMAC-PSS控制方法(3) 、DFIG-FMAC-PSS控制方法的实施(4)。 

所述的建立DFIG数学模型（1）是通过派克方程推导而来，使用动态模型来描述风力涡轮发电机，采用暂态后的电势来表示DFIG的动态模型。 

所述的形成DFIG的FMAC控制方法(2) 是由两个截然不同的电压控制环和功率控制环构成，通过调节转子磁链矢量的幅值和相角来对发电机的端电压和输出功率进行控制，当FMAC控制DFIG时，占优特征值会随着发电机容量的增加慢慢向左半平面移动。 

所述的形成DFIG的FMAC-PSS控制方法(3) 是在DFIG的FMAC基本控制方案中加入辅助的PSS控制环。在DFIG采用FMAC控制的同时，也在DFIG中，使用定子电功率作为PSS输入信号，PSS的输出信号被引入到FMAC基本控制方案中，即将PSS加入到FMAC  功率环外加点处的参考设定点上。基于特征值方法设计的PSS回路输入信号最初通过消除环节进行高通滤波处理，然后通过补偿器反馈，这样可提供合适的增益和相位移，以确保适当的控制性能和对系统的正阻尼作用。 

所述的DFIG-FMAC-PSS控制方法的实施(4) 是通过DFIG设置的AVR对转子电压幅值进行调整，PSS对角度进行调整，实现对发电机的端电压和输出功率的FMAC控制，从而将与系统振荡有关的特征值移动到指定的位置，同时保持系统的其他特征值在复平面可接受的范围。 

综上所述，DFIG-FMAC-PSS控制方案经济可行，能提供电压控制、促进阻尼作用和提高风电并网系统的稳定性。当并网系统中SG被切断以调节风力，失去阻尼作用，若在DFIG设置AVR和PSS并进行DFIG-FMAC-PSS控制，则可为风电并网系统暂态稳定性改善提供一个经济有效的方法。 

附图说明

图1  DFIG-FAMC-PSS控制方法。 

图2  风电并网测试系统。 

图3  无FMAC和PSS控制的DFIG风电并网系统波形。 

图4  有FMAC控制的DFIG风电并网系统波形。 

图5  有SG-PSS控制的DFIG风电并网系统波形。 

图6  有DFIG-FMAC-PSS控制的DFIG风电并网系统波形。 

具体实施方式