[发明专利]风力发电机与同步发电机互联系统的控制参数协调方法

说明书

本发明公开了风力发电机与同步发电机互联系统的控制参数协调方法，包括以下步骤：S1：通过在稳态运行点处的线性化，建立待研究电力系统中各个风电场与同步发电机的线性化状态空间模型；S2：通过电力系统网络拓扑结构，计算闭环互联系统状态空间矩阵及其特征值和参与因子等指标；为满足电力系统稳定运行的要求，本发明需要在消除动态交互现象的同时使得系统具有一定的稳定裕度，能够抵御一定的外来干扰。

技术领域

本发明属于动力与电气工程分析计算技术领域，尤其涉及风力发电机与同步发电机互联系统的控制参数协调方法。

背景技术

风能作为一种能够规模化开发的新能源，是当前最具应用潜力的一种可再生能源。我国风能蕴含量极其丰富，风力发电的发展在近十年势头迅猛，而大量风电场的接入对原有系统元件会产生未知的影响，威胁电力系统运行的稳定性。

电力系统动态元件间的动态交互作用引发的次同步振荡是一个长期未得到有效解决的复杂工程科学问题。目前我国电力系统中的同步发电机仍然占有较大发电量，根据已有的相关研究以及电力系统事故记录表明，并网风电场存在着引发同步发电机的次同步振荡并导致同步发电机轴系损坏等风险。

随着大规模风力发电机的接入，学者们针对并网风电场引发电力系统次同步振荡机理进行了研究。当前机理研究方法以线性系统稳定性理论为基础，主要通过频域分析法和模式分析法进行研究。其中频域分析法中以阻抗分析法应用最为广泛，阻抗分析法从贡献负电阻的角度揭示并网风电场引发电力系统次同步振荡的机理，通过该方法可得出次同步振荡的主要影响因素为DFIG或者PMSG换流器控制系统参数整定不当以及弱连接条件的问题。除此之外，模式分析法从系统主导次同步振荡模式的特征信息的角度对并网风电场引发电力系统次同步振荡问题进行了机理研究，得到的结论与阻抗分析方法得到的一致。

由于风力发电机的并网规模不断增大，风电场与外部电力系统间的动态交互作用对整个电力系统稳定性的影响也更加显著，如果风力发电机参数整定不当，可能会导致风力发电机相关控制环节与系统中的同步发电机、其他风电场之间发生动态交互，从而产生对整个系统运行稳定性更大的威胁。因而，有必要考虑在含有多风力发电机电力系统中，对建立风电场动态等值模型、建立待研究电力系统等值动态模型的方法进行研究，在此模型的基础上，为相关控制环节的参数协调整定提供一套便捷可靠的计算方法。为满足电力系统稳定运行的要求，该方法需要在消除动态交互现象的同时使得系统具有一定的稳定裕度，能够抵御一定的外来干扰。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了风力发电机与同步发电机互联系统的控制参数协调方法，包括以下步骤：

S1：通过在稳态运行点处的线性化，建立待研究电力系统中各个风电场与同步发电机的线性化状态空间模型；

S2：通过电力系统网络拓扑结构，计算闭环互联系统状态空间矩阵及其特征值和参与因子等指标；

S3：通过参与因子指标判断系统是否存在风电场参与的动态交互现象，如果存在动态交互现象，则通过电力系统网络拓扑和各类发电机线性化状态空间模型建立两个子系统，对两个子系统进行分析，通过参与因子和留数等指标为依据，利用自适应梯度下降法调整风电场参与动态交互过程的状态变量对应的控制参数，消除交互现象；如果不存在动态交互现象，则进入S4；

S4：各个风电厂与同步发电机的状态空间矩阵对应的振荡模式与互联系统振荡模式在复平面上分布情况基本相同，利用各个风电场与同步发电机的线性化状态空间模型的振荡模式与参与因子来调整对应参数，使得整个互联系统有一定的稳定裕度。

优选地，S1包括以下子步骤：

S11：将风电场中包含的N组风力发电机组分别在其稳态运行点处线性化为N组的M阶状态空间方程；

S12：将风电场根据风电机组的互联方式，用NM×NM阶状态空间方程对风电场进行描述；