[發明專利]基于廣域測量信號的光伏電站附加阻尼控制器參數設計方法

在審

• 申請號: 201610542626.4
• 申請日: 2016-07-11
• 公開（公告）號: CN107611994A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 葛景;都洪基;解坤;樊佳輝;趙雨田;朱憶洋
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 孟睿

技術領域

本發明屬于光伏并網穩定控制領域，特別涉及一種基于廣域測量信號的光伏電站附加阻尼控制器參數設計方法。

背景技術

隨著能源需求的日益擴大、電力電子技術的快速發展，以光伏、風電為代表的新型能源逐漸受到青睞并開始得到大量應用。世界上越來越多的國家開始將新能源發展作為本國能源政策的重要組成部分，并積極推動相關工程的建設工作。其中，光伏發電在電力系統中的裝機容量逐年提高，相關技術的進步、發電成本的降低等因素都將進一步促進光伏的快速發展。

然而，光伏發電本身具有間歇性，受天氣情況、云系運動等因素的干擾較大，且光伏發電所采用的控制方式與傳統發電方式的差異性等，這些因素帶來的一系列安全穩定問題不容忽視。現有大型光伏電站通常遠離負荷中心，電能需要遠距離輸送進行消納，導致輸電線路重負荷運行。上述因素導致光伏大規模并網可能會產生弱阻尼區間低頻振蕩問題，威脅電力系統的安全穩定運行。隨著光伏滲透率的提升，大規模光伏電站應當相應地承擔增強電力系統區間模式阻尼特性的任務。

光伏電站附加阻尼控制器參數設計的一個重要前提是獲得含光伏電站的電力系統的線性化模型(即系統的開環傳遞函數)，現有的通過詳細數學建模獲得線性化模型的方法在當前電力系統規模日益擴大、結構日趨復雜的背景下，存在計算量大、準確性差的缺點。有學者采用辨識的思想來獲得含光伏電站的電力系統線性化模型，能夠解決計算量大、準確性差的問題，例如將傳統的Prony分析法進一步擴展至系統開環傳遞函數的辨識中，并將其應用到電力系統穩定器的參數設計中，增強了電力系統阻尼特性。但是所采用的Prony辨識法容易受噪聲影響，工程適用性較差。還有學者采用TLS-ESPRIT(總體最小二乘-旋轉不變)技術進行系統開環傳遞函數的辨識，該方法具有較好的抗噪聲干擾性能。但是該方法通常需要采用階躍信號作為輸入信號，難以充分激發電力系統動態特性，且難以用于在線辨識。

阻尼控制器參數設計還存在另一個困難：反饋信號(即控制器輸入信號)的選取。反饋信號分為本地信號、廣域信號兩種。目前光伏阻尼控制器大都是基于本地信號進行參數設計，盡管成本低，可靠性好，但是由于本地信號對弱阻尼區間低頻振蕩的可觀性較差，其對于區間低頻振蕩的抑制效果有限。近年來獲得快速發展的廣域測量系統為抑制弱阻尼區間低頻振蕩提供了良好的契機，廣域信息提供了大量對弱阻尼區間低頻振蕩可觀性較好的信號，目前廣泛應用的留數法能夠較好地選出對弱阻尼區間低頻振蕩具有較強可觀性的信號，但是該方法只適用于同類信號間的比較。廣域信號包含大量不同種類的信號，單純使用留數法已無法滿足需求。此外，實際應用當中工程人員更加關注控制器的控制代價，當前廣泛應用的基于留數的反饋信號選擇方法并未考慮這一點。

發明內容

為了克服以上技術存在的不足，本發明提供一種基于廣域測量信號的光伏電站附加阻尼控制器參數設計方法，其通過光伏電站的無功調制，以廣域測量信號作為附加阻尼控制器的輸入信號，通過基于偽隨機信號的系統辨識法得到含光伏電站的電力系統的開環傳遞函數，該方法在保證光伏電站有功出力不受影響的基礎上，最大限度地利用光伏電站的無功調制能力，可以有效抑制含光伏電站的電力系統區間低頻振蕩。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于廣域測量信號的光伏電站附加阻尼控制器參數設計方法，步驟如下：

步驟一、確定含光伏電站的電力系統的區間低頻振蕩模式；

步驟二、從待選反饋信號中選擇主模比最大者作為輸出的反饋信號；

步驟三、在光伏電站控制系統輸入端輸入偽隨機信號，并利用同步相量測量裝置采集輸出的反饋信號；

步驟四、根據輸入的偽隨機信號和輸出的反饋信號之間的互功率譜據以及偽隨機信號的自功率譜確定電力系統頻率序列，通過最小二乘法擬合電力系統頻率序列，獲得電力系統開環傳遞函數；

步驟五、采用極點配置法確定光伏電站附加阻尼控制器的幅值、相位和增益。

進一步，所述主模比的計算方法如公式(1)所示，

其中，A_i為區間低頻振蕩模式的振蕩幅值，A_k為第k個振蕩模式的幅值，N為振蕩模式總數，i∈N,k∈N,i≠k。

進一步，電力系統頻率序列的計算方法如公式(2)所示，

其中，G(ω)為電力系統頻率序列，G_uy(ω)為輸入的偽隨機信號和輸出的反饋信號之間的互功率譜，G_uu(ω)為輸入的偽隨機信號的自功率譜，ω為角頻率。

進一步，步驟五的具體過程為：