[发明专利]一种基于模式分析的光伏电站对多机系统低频振荡的抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源并网技术领域，特别是一种基于模式分析的光伏电站对多机系统低频振荡的抑制方法。

背景技术

我国光伏发电技术主要呈现“规模化分散开发、低压接入、就地消纳”和“大规模集中开发、中高压接入、高压远距离外送消纳”两种方式，后者对于电力系统安全稳定的影响更为显著。在研究和探讨大规模光伏并网对于电力系统低频振荡影响规律的基础上，利用光伏电站的主动调节作用来提升系统阻尼特性。传统的同步发电机主要通过在发电机励磁控制系统中加设PSS来抑制低频振荡，光伏发电通过电力电子元件与系统进行接口，其快速调节特性、有功无功解耦能力等都为光伏电站的主动调节作用提供了技术支撑。

本文开发了基于无功调制的光伏广域阻尼控制器，通过获取反映系统重要振荡信息的相关反馈信号来对系统当前状态进行分析判断，并以此来获取当前时刻系统“期望”光伏电站输出的无功功率值，并最终将其控制指令下发给光伏逆变器，控制光伏电站无功出力并间接调整系统的有功功率以平抑系统振荡。

控制器的输入取自对区间模式可观性较好的广域信号，将控制器的输出叠加至光伏无功/电压控制器的电压参考值处，可以实现对区间低频振荡的有效抑制。通过附加控制实现对低频振荡抑制的一般原理是：在系统输出量与输入量之间建立反馈通道，通过改变系统输入量使其能够对系统输出量做出动态响应，以“抵消”由于系统状态量变化导致的系统振荡。通常情况下实现完全“抵消”是不可能的，通过相位补偿补偿或者其他控制方法可以实现部分“抵消”振荡分量，使得振荡幅值减小、持续时间缩短。

新能源(如风电、光伏发电等)普遍以电力电子接口实现并网，因而其动态响应机制与传统同步发电机有着显著差异。新能源并网对系统振荡模态的影响有其自身的特殊性。Slootweg J.G等人最早开展异步风力发电机对于电力系统低频振荡影响的相关研究。索江镭等人采用粒子群算法设计基于光伏有功调制的广域超前—滞后阻尼控制器，有效改善光伏接入系统的阻尼特性，降低光伏接入对系统小干扰稳定性的负面影响。龙源等人以单机无穷大系统为例，从理论上分析并验证了光伏电站通过有功、无功调制抑制系统低频振荡的能力，但并未涉及基于广域信号的阻尼控制。此外，有功调制需要使光伏有功出力低于最大功率点运行，一定程度上限制了光伏的有功输出能力，造成了光照资源的浪费。

综上诉述，目前对于光伏参与抑制系统低频振荡的相关研究仍然较少。如何将已有工作推广至复杂的多机系统、如何降低高阶系统建模和控制器设计的复杂度，仍然是需要深入探讨的课题。但是现有技术中尚无一种很好的解决方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种设计合理并具有良好稳态和动态特性的基于模式分析的光伏电站对多机系统低频振荡的抑制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于模式分析的光伏电站对多机系统低频振荡的抑制方法，包括以下步骤：

步骤1、建立包括光伏阵列、逆变器及其控制模块在内的并网光伏电站动态模型；

步骤2、结合同步发电机、电力网络的数学模型，推倒并建立含光伏电站的多机电力系统状态方程及其线性化模型；

步骤3、采用无功调制法设计光伏广域阻尼控制器，实现对多机系统低频振荡的抑制。

与现有技术相比，本发明的优点为：1)本发明提出的基于无功调制的光伏广域阻尼控制器设计方法可有效抑制多机系统低频振荡；2)本发明提出的基于伪随机信号的相关辨识法可对系统进行降阶建模，降低了高阶系统用于阻尼控制器的复杂度。

附图说明

图1为现有的四机两区域系统的结构示意图。

图2为本发明的基于无功调制的光伏广域阻尼控制系统框图。

图3为光伏逆变器控制框图。

图4为PSS传递函数框图。

图5为含光伏电站的多机系统网络结构图。

图6为反馈控制结构图。

图7为扰动下联络线单回路有功功率动态响应图。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种基于模式分析的光伏电站对多机系统低频振荡的抑制方法，包括以下步骤：

步骤1、建立包括光伏阵列、逆变器及其控制模块在内的并网光伏电站动态模型；所述的光伏阵列的数学模型为：

式中，系数I_m、U_m、I_sc、U_oc分别为光伏阵列的最大功率点电流、最大功率点电压、短路电流、开路电压；

所述的逆变器的数学模型为：