[发明专利]一种直驱风电机组虚拟同步机控制参数的优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种直驱风电机组虚拟同步机控制参数的优化方法及系统，所述方法包括：步骤1，建立虚拟同步机控制的直驱风机的动态模型；步骤2，将步骤1获得的动态模型线性化，获得小信号模型；步骤3，基于步骤2获得的小信号模型以及每个振荡模式的阻尼性能最优，构建控制参数优化的目标函数；步骤4，基于步骤3获得的目标函数，改变并网系统的初始条件，设置多个工况，获得多个工况下的目标函数，完成优化。本发明的方法，考虑了由风速引起的工作点差异；对于不同的输出水平，均可以实现较大的阻尼。

技术领域

本发明属于直驱风电机组虚拟同步机控制技术领域，特别涉及一种直驱风电机组虚拟同步机控制参数的优化方法及系统。

背景技术

近年来，风能已成为增长最快的清洁能源之一，装机容量也日益增加。由于基于电力电子逆变器接口的风力发电系统几乎没有惯性，随着风力的普及率上升，电力系统的等效惯性和阻尼减小，由风力引起的低惯性越来越受到关注。

虚拟同步发电机控制技术在风电中的应用是提高清洁能源友好性的一种新颖解决方案，也是有效利用新能源的趋势。虚拟同步发电机技术用于模拟同步发电机的主频率调制，电压调节以及惯性和阻尼特性，以便可以跟踪电网的运行，降低电网电压和频率波动。因此，采用虚拟同步发电机控制的永磁同步发电机被提出，以便可以使用风机转子的旋转动能为电力系统提供惯性和阻尼。机侧变流器通过虚拟同步电动机控制来控制直流母线电压，电网侧变流器通过虚拟同步发电机控制来控制馈入电网的风力发电机的功率。

虚拟同步机控制使风电场和光伏电站参与电网频率调制，并提高了系统频率稳定性。同时，它打开了在扰动下与系统有功功率相互作用的通道，并将对电力系统的振荡产生不可忽略的影响。目前，已经对VSG进行了小信号分析；但是，现有的研究是分析储能设备的VSG控制，并将直流侧建模为恒压源；在参数设计中，有必要分析PMSG-VSG的小信号稳定性，以及系统的稳定性和鲁棒性，以及动态性能。

综上所述，虚拟同步机控制使风电场具体调频能力的同时，也打开了在扰动下与系统有功功率相互作用的通道，并将对电力系统的功角振荡产生不可忽略的影响。与此同时，风电出力的波动性也导致系统振荡具有时变特性，因此，有必要针对具有虚拟同步发电机控制的直驱风机，设计一种能够提升系统功角稳定性能的参数优化方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直驱风电机组虚拟同步机控制参数的优化方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的方法，考虑了由风速引起的工作点差异；对于不同的输出水平，均可以实现较大的阻尼。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种直驱风电机组虚拟同步机控制参数的优化方法，包括以下按步骤：

步骤1，建立虚拟同步机控制的直驱风机的动态模型；

步骤2，将步骤1获得的动态模型线性化，获得小信号模型；

步骤3，基于步骤2获得的小信号模型以及每个振荡模式的阻尼性能最优，构建控制参数优化的目标函数，表达式为：

式中，N为振荡模式的总数量，i表示第i个振荡模式；λ_i为虚拟同步机控制的直驱风机接入的电力系统的第i个特征值；Re(λ_i)、Im(λ_i)分别为λ_i的实部、虚部；w_i、p_i分别为实部、虚部的权重；

步骤4，基于步骤3获得的目标函数，改变并网系统的初始条件，设置多个工况，获得多个工况下的目标函数，表达式为：

式中，第j个初始条件下控制参数优化的目标函数是F_Dj；

其中，所述多个工况下的目标函数优化时，满足：