本發(fā)明涉及風電，特別是涉及一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法。

背景技術：

1、風電基地建設與負荷中心呈現(xiàn)逆向分布特點，導致風電外送系統(tǒng)形成了遠距離輸電模式，考慮到電氣距離較遠，風電場并網(wǎng)耦合點處在弱連接模式下，短路比不足，系統(tǒng)對風電場支撐能力較弱。形成弱連接模式后，風電機組鎖相環(huán)與電網(wǎng)阻抗耦合，誘發(fā)系統(tǒng)次同步振蕩的風險大幅度增加，因此，亟需提高風電機組并網(wǎng)穩(wěn)定性。目前，已有儲能配置風電場并網(wǎng)的應用場景，風儲聯(lián)合并網(wǎng)成為未來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的必要措施。儲能裝置采用虛擬同步機控制，對于電網(wǎng)頻率和阻尼具有了調節(jié)功能，具備傳統(tǒng)同步機相似的功頻響應特性，能夠提供短路容量。

2、與風電機組不同，儲能參與振蕩抑制普遍采用附加阻尼控制，由于缺少了與風電機組及系統(tǒng)阻抗的耦合分析，導致阻尼振蕩效果及參數(shù)設計有待完善。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，通過在原始風儲系統(tǒng)內設置虛擬同步單元和虛擬短路阻抗控制單元，解決現(xiàn)有風儲系統(tǒng)電氣距離較遠、短路比不足的問題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和短路容量；通過風儲間等值耦合阻抗，實現(xiàn)對系統(tǒng)短路比的最優(yōu)設置，優(yōu)化系統(tǒng)的結構參數(shù)，提高系統(tǒng)對鎖相環(huán)次同步振蕩的抑制能力。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，包括：

4、構建原始風儲系統(tǒng)；所述原始風儲系統(tǒng)包括：電網(wǎng)端、風電機組單元、儲能單元、鎖相環(huán)單元、虛擬同步單元以及虛擬短路阻抗控制單元；

5、根據(jù)所述原始風儲系統(tǒng)構建彈性耦合兩自由度模型；

6、對所述彈性耦合兩自由度模型的解進行分析，得到穩(wěn)定性推斷；

7、構建狀態(tài)空間表達式；

8、利用所述狀態(tài)空間表達式獲取系統(tǒng)零極點分布圖，并利用所述零極點分布圖對所述穩(wěn)定性推斷進行判斷，得到判斷結果；

9、當所述判斷結果為推斷正確時，根據(jù)所述彈性耦合兩自由度模型確定臨界點；

10、根據(jù)所述臨界點確定最優(yōu)頻率比；

11、根據(jù)所述最優(yōu)頻率比和所述最優(yōu)短路比需求計算得到風儲間等值耦合阻抗；

12、根據(jù)所述風儲間等值耦合阻抗對所述原始風儲系統(tǒng)進行阻尼參數(shù)優(yōu)化，得到振蕩抑制的風儲系統(tǒng)。

13、優(yōu)選地，所述彈性耦合兩自由度模型為：

14、

15、其中，θw為所述鎖相環(huán)單元的輸出相位；us為所述鎖相環(huán)單元的并網(wǎng)點電壓幅值；kp為所述鎖相環(huán)單元的第一控制參數(shù)；m為虛擬慣量；ues為所述儲能單元的儲能電壓；ug為所述電網(wǎng)端的電壓；uw為所述風電機組單元的電壓；b23為所述儲能單元和所述電網(wǎng)端間的導納；θes0為所述儲能單元的初始儲能相位；△pt為擾動量；d為虛擬阻尼系數(shù)；△b21為虛擬短路導納；b210為所述風電機組單元與所述儲能單元間的初始導納；△θw為所述鎖相環(huán)單元輸出相位變化量；為所述鎖相環(huán)單元輸出相位變化量的一階導數(shù)；為所述鎖相環(huán)單元輸出相位變化量的二階導數(shù)；△θes為所述儲能單元相位變化量；為所述儲能單元相位變化量的一階導數(shù)；為所述儲能單元相位變化量的二階導數(shù)。

16、優(yōu)選地，對所述彈性耦合兩自由度模型的解進行分析，得到穩(wěn)定性推斷，包括：

17、確定所述彈性耦合兩自由度模型的求解方程；

18、根據(jù)所述求解方程繪制幅頻響應圖；

19、根據(jù)所述幅頻響應圖確定所述穩(wěn)定性推斷。

20、優(yōu)選地，所述狀態(tài)空間表達式為：

21、

22、其中，△ωes為儲能虛擬轉速；ki為所述鎖相環(huán)單元的第二控制參數(shù)；△ωw為所述風電機組單元風機角頻率變化量；為所述風電機組單元風機角頻率變化量的一階導數(shù)；為所述儲能單元儲能角頻率變化量的一階導數(shù)；b2′1為所述風儲間等值耦合阻抗。

23、優(yōu)選地，當所述判斷結果為推斷正確時，根據(jù)所述彈性耦合兩自由度模型確定臨界點，包括：

24、利用坐標計算公式計算所述臨界點的縱坐標；所述坐標計算公式為：

25、

26、其中，ζ＝d/(2mωmv)；g＝ωd/ωn；θd為相位振幅放大參數(shù)；ωn2＝kius；ωmv2＝s1/m；s1＝uesuwb2′1cos(θes0-θw0)；ωd為系統(tǒng)擾動的頻率；ga為第一所述臨界點的振動比；gb為第二所述臨界點的振動比。

27、根據(jù)所述縱坐標和所述幅頻響應圖確定所述臨界點。

28、優(yōu)選地，所述最優(yōu)頻率比的計算公式為：

29、

30、其中，scrw＝b21+be；fa為所述最優(yōu)頻率比；be為所述風電機組單元和所述電網(wǎng)端間的等值耦合阻抗。

31、優(yōu)選地，所述風儲間等值耦合阻抗的計算公式為：

32、

33、其中，b2′1為所述所述風儲間等值耦合阻抗。

34、優(yōu)選地，所述阻尼參數(shù)優(yōu)化的計算公式為：

35、

36、本發(fā)明公開了以下技術效果：

37、本發(fā)明提供了一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，通過在原始風儲系統(tǒng)內設置虛擬同步單元和虛擬短路阻抗控制單元，解決了現(xiàn)有風儲系統(tǒng)電氣距離較遠、短路比不足的問題，實現(xiàn)了對系統(tǒng)穩(wěn)定性和短路容量的提升；通過風儲間等值耦合阻抗，解決了現(xiàn)有系統(tǒng)系統(tǒng)對鎖相環(huán)次同步振蕩的抑制能力較差的問題，實現(xiàn)了對系統(tǒng)短路比的最優(yōu)設置和結構參數(shù)的優(yōu)化。

技術特征：

1.一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，其特征在于，所述彈性耦合兩自由度模型為：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，其特征在于，對所述彈性耦合兩自由度模型的解進行分析，得到穩(wěn)定性推斷，包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，其特征在于，所述狀態(tài)空間表達式為：

5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，其特征在于，當所述判斷結果為推斷正確時，根據(jù)所述彈性耦合兩自由度模型確定臨界點，包括：

6.根據(jù)權利要求5所述的一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，其特征在于，所述最優(yōu)頻率比的計算公式為：

7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，其特征在于，所述風儲間等值耦合阻抗的計算公式為：

8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，其特征在于，所述阻尼參數(shù)優(yōu)化的計算公式為：

技術總結
本發(fā)明屬于風電技術，提供了一種基于風儲虛擬短路阻抗耦合的鎖相環(huán)次同步振蕩抑制方法，包括：原始風儲系統(tǒng)構建、彈性耦合兩自由度模型構建、穩(wěn)定性分析、狀態(tài)空間表達式構建、推斷判定、臨界點確定、最優(yōu)頻率比確定、風儲間等值耦合阻抗計算以及阻尼參數(shù)優(yōu)化。本發(fā)明通過在原始風儲系統(tǒng)內設置虛擬同步單元和虛擬短路阻抗控制單元，解決了現(xiàn)有風儲系統(tǒng)電氣距離較遠、短路比不足的問題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和短路容量；通過風儲間等值耦合阻抗，實現(xiàn)了對系統(tǒng)短路比的最優(yōu)設置，優(yōu)化了系統(tǒng)的結構參數(shù)，提高了系統(tǒng)對鎖相環(huán)次同步振蕩的抑制能力。

技術研發(fā)人員：張祥宇,俞迪,付媛
受保護的技術使用者：華北電力大學（保定）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6