[发明专利]用于直驱风机次同步振荡抑制的模型降阶反馈控制方法

说明书

本发明涉及一种用于直驱风机次同步振荡抑制的模型降阶反馈控制方法，包括1、将直驱风机及其控制器数学模型线性化，建立包含全部状态变量的直驱风机小信号模型。2、依据完整小信号模型的特征值和状态变量的可观测性、对振荡的影响程度，对小信号模型进行降阶，建立直驱风机的降阶模型。3、利用降阶的直驱风机小信号模型，设计反馈控制器。本发明通过直驱风机及其控制器数学模型线性化，得到了包含全部状态变量的直驱风机小信号模型用于分析、计算；对小信号模型进行降阶，得到了直驱风机的降阶模型，为反馈控制器的设计提供了便利；利用降阶的直驱风机小信号模型，设计出了反馈控制器，实现了良好的直驱风机次同步振荡抑制效果。

技术领域

本发明涉及应用于直驱风机次同步振荡抑制的控制方法，具体涉及到应用于次同步振荡分析的基于降阶模型的反馈控制方法。

背景技术

近几年风力发电快速发展，成为绿色新能源的重要组成部分。电力系统中振荡频率远大于2Hz且小于50Hz的有功振荡现象称为次同步振荡，是电力系统的重要研究课题之一。随着风力发电装机量的增加，风力发电的次同步振荡问题逐渐引起重视。2011年位于我国华北地区的某风电场发生多次次同步振荡现象，其振荡频率在较大范围内变化。2015年我国西北地区某大型风电场发生次同步振荡，振荡频率在16至24Hz内不断变化。

次同步振荡属于非工频的振荡现象，因此对次同步振荡的分析需要涉及电磁暂态特性。风电机组模型复杂，线性化模型阶数较高。因此，针对风电机组次同步振荡的分析和控制器设计，均采用高阶的线性化模型。这给控制器设计和验证带来了很大困难。

本发明针对永磁直驱风力发电机的次同步振荡问题，提供了一种用于次同步振荡分析的线性化模型降阶方法。在此基础上，基于本发明所得到的降阶模型，提出了用于次同步振荡抑制的反馈控制器的结构，并采用二次型时间性能指标方法，设计了反馈控制器参数。该方法可以大幅度降低直驱风电机组线性化模型的复杂程度，为控制器的设计带来便利条件。在此基础上设计的反馈控制器，体现了良好的次同步振荡抑制效果。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于直驱风机次同步振荡抑制的模型降阶反馈控制方法，从而大幅度降低直驱风电机组线性化模型的复杂程度，为控制器的设计带来便利条件，在此基础上设计的反馈控制器具有良好的次同步振荡抑制效果。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

本发明采用小信号模型的手段进行反馈控制器的设计。本发明首先建立包含了直驱风机系统所有状态变量的小信号模型，再对模型进行降阶，最后利用降阶后的小信号模型设计反馈控制器，实现良好的直驱风机次同步振荡抑制效果。

一种用于直驱风机次同步振荡抑制的模型降阶反馈控制方法，包括以下步骤：

步骤1：将直驱风机及其控制器数学模型线性化，建立包含全部状态变量的直驱风机小信号模型。

步骤2：依据完整小信号模型的特征值和状态变量的可观测性、对振荡的影响程度，对小信号模型进行降阶，建立直驱风机的降阶模型。

步骤3：利用降阶的直驱风机小信号模型，设计直驱风机的反馈控制器，实现良好的直驱风机次同步振荡抑制效果。

模型降阶反馈控制方法所用的电气量坐标变换基于两种不同参考坐标系，当同一电气量以PCC点电压U_s作为定向参考时，其d、q轴分量的上角标标记有c，无标记则为基于无穷大电网电压U_E的定向；使用的电气量符号中，以下角标0表示稳态初值。

步骤1的具体步骤如下：

将直驱风机简化电路的每个部分进行线性化；线性化模型基于标幺值计算，系统的交流矢量旋转角速度基值为ω_B＝100πrad/s；以无穷大电网电压U_E的定向为基准，输出电流I_s线性化方程如公式(1)：