计及多种不确定性的风电次同步振荡分析及其控制策略研究

The reverse distribution of resources and load centers in our country makes it imperative for the high capacity and long distance wind power transmission. However there are many uncertainties in the operation of wind power transmission system, which lead to the lack of robustness of existing sub-synchronous oscillation (SSO) damping controller. In this project, the impact of multiple uncertain parameters that occur during the operation of wind power transmission system on the SSO will be analyzed emphatically. Also the design method of SSO damping controller based on practical stability region will be studied. The specific research contents include: ①Analytical mathematical model of wind power transmission system will be established, and the impact of various uncertain parameters on SSO and the interactions of various parameters will be studied. ②The small signal stability boundary of SSO based on damping level will be defined, and the fast computing method of one-dimensional and multi-dimensional practical small signal stability boundary will be explored. ③The property of practical small signal stability boundary consisting of uncertain parameters, which will be used as the object in order to optimize the parameters of damping controller, will be studied in detail. The intelligent optimization algorithm based on Pareto sort of one-dimensional stability region and fitness of multi-dimensional stability region will be studied..The research results of this project will provide theoretical and technical support to slove SSO problem in wind power transmission system as well as safe and stable operation of power system.

我国资源与负荷中心逆向分布的特点，使得大容量、远距离风电外送势在必行。然而风电外送系统运行中存在多种不确定因素，次同步振荡阻尼控制器存在鲁棒性不足的问题。本项目重点分析风电外送系统运行过程中多种不确定参数对次同步振荡的影响特性，并研究基于实用稳定域的次同步振荡阻尼控制器设计方法。具体研究内容包活：①建立风电外送系统的解析数学模型，深入研究系统中各种不确定参数对次同步振荡的影响及不确定参数间的交互影响；②基于阻尼水平定义次同步振荡实用小扰动稳定域边界，探索一维和多维实用小扰动稳定域边界的快速求解方法；③研究不确定参数构成的实用小扰动稳定域性质，以不确定参数构成的次同步振荡实用小扰动稳定域为目标进行阻尼控制器的参数优化设计，研究基于单维稳定域Pareto排序和多维稳定域适应度的智能优化算法。.本项目的研究成果将为解决风电外送系统次同步振荡问题、保障电网安全稳定运行提供理论依据和技术支持。

我国资源与负荷中心逆向分布的特点，使得大容量、远距离风电外送势在必行。然而风电外送系统运行中存在多种不确定因素，次同步振荡阻尼控制器存在鲁棒性不足的问题。本项目重点分析风电外送系统运行过程中多种不确定参数对次同步振荡的影响特性，并研究基于实用稳定域的次同步振荡阻尼控制器设计方法。主要研究内容包括：建立风电外送系统的解析数学模型，并验证其准确性；深入研究系统中各种不确定参数对次同步振荡的及不确定参数间的交互影响，并解释了双馈风机转子内外环参数交互影响的机理；对传统小扰动稳定域的Hopf分岔边界进行改进，以临界阻尼作为稳定域边界定义了实用小扰动稳定域的概念，确保使用小扰动稳定域内的运行点符合系统的阻尼水平要求，推导了该实用稳定域边界的数学表达形式，并提出了一种变步长连续法与直接法相结合的边界计算方法；提出了一种基于PASTd算法的次同步振荡分析方法，该算法是一种对数据进行跟踪迭代的算法，不需要进行SVD分解，比大部分子空间算法运行复杂程度小，可为开发次同步振荡在线检测技术提供支撑；提出了一种基于无功功率调节的紧急状态下次同步振荡抑制方法，对风电场输出功率中的次同步振荡分量进行在线监测，在检测到风电系统发生次同步振荡时，增发一定量的感性无功，直至次同步振荡情况消失或无功功率发满。该方法控制成本低，可作为风电场建设初期的一种紧急控制手段；提出了一种基于实用稳定域的DFIG附加阻尼控制器参数优化方法，以转速、有功功率参考值、无功功率参考值这三个关键参数组成的实用稳定域最大构成优化目标，采用遗传算法设计了附加阻尼控制器的参数，并与传统的逐点法进行了对比。结果表明，基于实用稳定域设计的SSDC能提高DFIG的安全运行范围，具有更好的鲁棒性。.本项目的研究成果对解决风电外送系统次同步振荡问题，保障电网安全稳定运行提供理论依据和技术支持。