[發明專利]一種基于雙層模型預測控制的雙饋風機調壓方法

有效

• 申請號: 202010067094.X
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111244966B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 李丹丹;張愛軍;汪震;周昌平;邢華棟;劉石川
• 申請（專利權）人: 內蒙古電力（集團）有限責任公司內蒙古電力科學研究院分公司;浙江大學
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/38;H02P9/10;H02P101/15
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種基于雙層模型預測控制的雙饋風機調壓方法，首先建立雙層模型預測控制框架，基于系統頻率、風機并網點電壓和雙饋風機轉子內環的動態，建立系統頻率電壓響應及風機轉子內環的預測模型；對于上層風場模型預測控制器，設計并求解正常及緊急工況下相應的優化問題，得到風場有功與無功功率的參考值；對于下層雙饋風機轉子側模型預測控制器，設計并求解相應的優化問題，以實現上層功率參考指令的有效跟蹤。該發明通過雙層模型預測控制策略使得風場參與并網點電壓調節，在正常及緊急工況下及時響應并網點電壓變化，進而提高風場電壓可控性和系統電壓穩定性。本發明可以為雙饋風機參與調壓以及雙饋風機電壓穿越控制器設計提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及一種基于雙層模型預測控制的雙饋風機調壓方法，尤其是涉及一種考慮有功-無功協同控制的基于雙層模型預測控制的雙饋風機調壓方法。

背景技術

隨著風力發電技術的不斷深入和風電場規模的不斷擴大，風力發電的波動性和不確定性對系統的運行產生了很大的影響，同時也給系統電壓穩定性帶來了技術挑戰。由于許多大型風場遠離于受端電網，形成風場弱接入電網的現狀，在弱接入場景下風場功率的間歇性容易引起相當大的電壓波動。此外，電網擾動也可能導致風力發電機組的連鎖跳閘。因此，現代風場并網需要滿足更嚴格的電壓支撐技術要求。

傳統的風機控制采用d/q軸解耦的方式分別控制有功功率和無功功率，然而，考慮到風場通過長饋線接入電網，其X/R比較低，風電機組的無功功率和有功功率的變化對并網點電壓變化都有顯著的影響。因此，將風電機組的有功功率與無功功率控制相協調，通過主動調節有功功率與無功功率來改善風電機組的電壓控制具有客觀的應用前景。

近年來，模型預測控制以其魯棒性和適用于協調控制而受到越來越多的關注。它基于滾動優化原理，實現有限補償內的最優控制。當前已有相關研究基于模型預測控制方法解決風場并網點電壓控制問題，但是大多沒有考慮到風機自身控制動態的影響。為充分利用風機的主動控制能力和模型預測控制的特點，本發明公開了一種基于雙層模型預測控制的雙饋風機調壓方法。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種基于雙層模型預測控制的雙饋風機調壓方法，為雙饋風機參與調壓以及雙饋風機電壓穿越控制器設計提供技術支撐。

本發明的技術方案采用如下步驟：

1)建立雙層模型預測控制框架，基于系統頻率、風機并網點電壓和雙饋風機轉子內環的動態，建立系統頻率電壓響應及風機轉子內環的預測模型；

2)對于上層風場模型預測控制器，設計并求解正常及緊急工況下相應的優化問題以實現并網點電壓的穩定，得到風場有功與無功功率的參考值；

3)對于下層雙饋風機轉子側模型預測控制器，設計并求解相應的優化問題使得轉子側電流參考值與實際值誤差最小，以實現上層功率參考指令的有效跟蹤。

上述技術方案中，所述的步驟1)以圖1所示的含風場的送端交流系統為例，建立雙層模型預測控制框架如圖2所示，其中上層風場模型預測控制器以調節系統頻率及并網點電壓為控制目標，計算正常及緊急工況下的有功無功參考值，下層雙饋風機轉子側控制器以轉子電流與參考值偏差最小為控制目標，實現上層功率指令的準確跟蹤。

在上述雙層模型預測控制框架基礎上，基于系統頻率、風機并網點電壓和雙饋風機轉子內環的動態，分別建立系統頻率電壓響應及風機轉子內環的預測模型。

(1)系統頻率動態建模

當系統存在功率不平衡時，送端交流電網頻率與標稱值存在偏差。送端交流電網頻率動態可用以下線性動態方程來描述：