本發(fā)明屬于新型電力系統(tǒng)頻率控制，尤其涉及一種海上風(fēng)電柔直外送系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法。

背景技術(shù)：

1、

2、海上風(fēng)電場通過經(jīng)柔性直流并網(wǎng)大規(guī)模接入后，將替代部分同步發(fā)電機(jī)組，導(dǎo)致交流系統(tǒng)的慣量降低，影響系統(tǒng)整體頻率調(diào)節(jié)能力。電力系統(tǒng)由于切機(jī)或負(fù)荷突變等導(dǎo)致系統(tǒng)頻率發(fā)生較大變化時，海上風(fēng)電機(jī)組在釋放轉(zhuǎn)子動能提供頻率支撐后，其轉(zhuǎn)子動能需要盡快恢復(fù)到初始狀態(tài)，在這一過程中，由于海上風(fēng)電機(jī)組無法運(yùn)行在最大功率跟蹤點(diǎn)，如果沒有額外的功率去彌補(bǔ)這一缺額，恢復(fù)過程將可能引發(fā)系統(tǒng)頻率二次跌落，如果轉(zhuǎn)速恢復(fù)控制策略設(shè)置的不合理，二次頻率跌落甚至比首次跌落更為嚴(yán)重。

3、在現(xiàn)有研究中，針對海上柔直外送系統(tǒng)的頻率響應(yīng)這一問題尤為突出。由于海上風(fēng)電機(jī)組的地理位置和運(yùn)行條件與陸地風(fēng)電機(jī)組存在顯著差異，使得它們對電網(wǎng)頻率的影響更為復(fù)雜和不可預(yù)測。然而，現(xiàn)有技術(shù)往往未能充分考慮這一場景下轉(zhuǎn)子恢復(fù)過程對系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的潛在影響，也缺乏有效的控制策略來預(yù)防或緩解由此引起的頻率二次跌落。因此，本發(fā)明提出一種基于海上風(fēng)電柔直外送系統(tǒng)的頻率響應(yīng)二次跌落優(yōu)化控制策略，針對海上柔直外送系統(tǒng)的海上風(fēng)電機(jī)組在退出頻率主動支撐時的行為進(jìn)行優(yōu)化，以減輕頻率二次跌落對電網(wǎng)的影響，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法，以解決傳統(tǒng)的風(fēng)電慣量控制技術(shù)引起電網(wǎng)頻率二次跌落的問題，本發(fā)明通過對風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻的方式進(jìn)行改進(jìn)，考慮風(fēng)機(jī)的響應(yīng)時間延遲和能夠保持風(fēng)機(jī)初始支撐功率不變的情況下，使其以緩慢減小有功功率的方式自然過渡到最大功率點(diǎn)跟蹤模式，優(yōu)化二次跌落的速度和幅度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法，包括步驟如下：

3、步驟1：對海上風(fēng)電柔直外送典型頻率支撐系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，得到海上風(fēng)電柔直外送典型頻率支撐系統(tǒng)的模型，所述的海上風(fēng)電柔直外送典型頻率支撐系統(tǒng)包括受端換流器、送端換流器、機(jī)側(cè)換流器、網(wǎng)側(cè)換流器、直驅(qū)風(fēng)機(jī)、同步發(fā)電機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)及其附加的頻率支撐控制系統(tǒng)。

4、步驟2：根據(jù)建立的含海上風(fēng)電柔直外送典型頻率支撐的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型，計(jì)算出系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。

5、對于海上風(fēng)電柔直外送典型頻率支撐系統(tǒng)而言，系統(tǒng)頻率不僅僅受到換流器動態(tài)影響，還需結(jié)合附加的頻率支撐控制系統(tǒng)分析。結(jié)合通用頻率響應(yīng)模型和海上風(fēng)電柔直外送典型頻率支撐系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型，建立含海上風(fēng)電柔直外送典型頻率支撐的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型：

6、

7、其中，δfs(s)為含海上風(fēng)電柔直外送典型頻率支撐的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)期間電磁功率偏差量與系統(tǒng)頻率偏差量，s為拉普拉斯算子，δp為負(fù)荷擾動，h為海上風(fēng)電場的等值慣量常數(shù)，d為海上風(fēng)電場的等值阻尼系數(shù)，ggov(s)為同步發(fā)電機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，作為頻率響應(yīng)模型的反饋支路，k1是受端換流器的調(diào)頻系數(shù)，k2是送端換流器的調(diào)頻系數(shù)，k3是機(jī)側(cè)換流器頻率-轉(zhuǎn)矩指令調(diào)頻系數(shù)，gpmsg(s)為風(fēng)機(jī)功率轉(zhuǎn)矩指令值改變引起的輸出功率的傳遞函數(shù)，視為系統(tǒng)的等效調(diào)速器環(huán)節(jié)，作為頻率響應(yīng)模型的反饋通路。

8、在考慮風(fēng)機(jī)的響應(yīng)時間延遲和風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻時，通過風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻以減緩二次跌落，風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻時系統(tǒng)的高階頻率響應(yīng)模型可表示為：

9、

10、其中，td為風(fēng)機(jī)響應(yīng)的時間延遲，kc為風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻參數(shù)。

11、當(dāng)采用反拉普拉斯變換法對風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻時系統(tǒng)的高階頻率響應(yīng)模型求解時，難以得到具體的函數(shù)解析式。故本發(fā)明采用系統(tǒng)模型降階方法，將風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻電力時系統(tǒng)的高階頻率響應(yīng)模型降階為二階頻率響應(yīng)系統(tǒng)。則當(dāng)風(fēng)機(jī)緩慢退出時，系統(tǒng)的平均頻率變化率rocof、最大頻率偏差δfmax以及穩(wěn)態(tài)頻率偏差δfst均能夠表示為關(guān)于kc的函數(shù)。

12、步驟3：根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)和約束條件采用粒子群算法對風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

13、粒子的適應(yīng)度通過以下方程計(jì)算：

14、minq(kc)＝η1|rocof|+η2|δfmax|+η3|δfst|；

15、其中，η1，η2和η3為權(quán)重系數(shù)，范圍為0-1且η1+η2+η3＝1。

16、風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻參數(shù)kc的優(yōu)化需滿足最大頻率偏差的約束和穩(wěn)態(tài)頻率偏差的約束，即：

17、δfst＜δfst,limit，

18、δfmax＜δfmax,limit；

19、其中，δfmax,limit為最大頻率偏差值，δfst,limit為最大穩(wěn)態(tài)頻率偏差值。

20、步驟4：逐步加大時延，重復(fù)實(shí)施步驟2和步驟3，得到在不同時延下的最優(yōu)風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻參數(shù)，直到時延達(dá)到閾值。

21、在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)頻參數(shù)優(yōu)化的過程中，首先設(shè)定一個初始風(fēng)機(jī)響應(yīng)時間延遲t0，然后以一個固定的時間間隔δt逐步增加這個時延值，以搜索不同響應(yīng)時間延遲td下的系統(tǒng)性能，在每一步迭代中，尋找最優(yōu)的緩慢退出參數(shù)kc，以確定哪個參數(shù)能夠在當(dāng)前時延下提供最優(yōu)的系統(tǒng)頻率響應(yīng)二次跌落和系統(tǒng)穩(wěn)定性。每當(dāng)完成一輪迭代后，更新迭代計(jì)數(shù)器d使其增加1，更新時間延遲值，并準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪參數(shù)優(yōu)化，直到時間延遲達(dá)到閾值，即：

22、td＝t0+d*δt；

23、其中d是迭代次數(shù)，t0是初始風(fēng)機(jī)延遲響應(yīng)時間，δt是時間增量。

24、步驟5：比較所有td下的適應(yīng)度函數(shù)q(kc)，得到最小適應(yīng)度函數(shù)minq(kc)，進(jìn)而得到最優(yōu)響應(yīng)時間延遲td和最優(yōu)緩慢退出調(diào)頻參數(shù)kc。

25、本發(fā)明有益效果如下：

26、本發(fā)明提出了一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落控制策略，通過對海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)進(jìn)行建模和深入分析風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，在考慮風(fēng)機(jī)響應(yīng)時間延遲下，結(jié)合粒子群算法對風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻參數(shù)進(jìn)行雙層優(yōu)化。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和帶來的優(yōu)點(diǎn)如下：

27、1.本發(fā)明針對海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落，確?？刂撇呗栽诤Ｉ巷L(fēng)電場環(huán)境中的有效性和適用性，具有普適性。

28、2.本發(fā)明在控制策略中充分考慮了風(fēng)機(jī)的響應(yīng)延遲，通過緩慢調(diào)整風(fēng)機(jī)有功功率，實(shí)現(xiàn)了對頻率二次跌落的有效控制，從而確保了電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法，其特征在于，包括步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法，其特征在于，步驟1具體方法如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法，其特征在于，步驟2具體方法如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法，其特征在于，借助二階頻域模型對風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻的高階電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型進(jìn)行降階，降階的表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法，其特征在于，粒子的適應(yīng)度通過以下方程計(jì)算：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法，其特征在于，單次基于粒子群算法方法的參數(shù)尋優(yōu)過程如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法，其特征在于，步驟4在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)頻參數(shù)優(yōu)化的過程中，首先設(shè)定一個初始風(fēng)機(jī)響應(yīng)時間延遲t0，然后以一個固定的時間間隔δt逐步增加這個時延值，以搜索不同響應(yīng)時間延遲td下的系統(tǒng)性能，在每一步迭代中，尋找最優(yōu)的緩慢退出參數(shù)kc，以確定哪個參數(shù)能夠在當(dāng)前時延下提供最優(yōu)的系統(tǒng)頻率響應(yīng)二次跌落和系統(tǒng)穩(wěn)定性；每當(dāng)完成一輪迭代后，更新迭代計(jì)數(shù)器d使其增加1，更新時間延遲值，并準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪參數(shù)優(yōu)化，直到時間延遲達(dá)到閾值，即：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落的控制方法。本發(fā)明通過對海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)進(jìn)行建模和深入分析風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，在考慮風(fēng)機(jī)響應(yīng)時間延遲下，結(jié)合粒子群算法對風(fēng)機(jī)退出調(diào)頻參數(shù)進(jìn)行雙層優(yōu)化。逐步加大時延，重復(fù)實(shí)施優(yōu)化，得到在不同時延下的最優(yōu)風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻參數(shù)，直到時延達(dá)到閾值；比較得到最優(yōu)時延和風(fēng)機(jī)緩慢退出調(diào)頻參數(shù)。本發(fā)明針對海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化頻率響應(yīng)二次跌落，確保控制策略在海上風(fēng)電場環(huán)境中的有效性和適用性，具有普適性。本發(fā)明在控制策略中充分考慮了風(fēng)機(jī)的響應(yīng)延遲，通過緩慢調(diào)整風(fēng)機(jī)有功功率，實(shí)現(xiàn)了對頻率二次跌落的有效控制，從而確保了電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：包辰,曾平良,何震,羅艷斌,陳俊杰,沈懷春
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6