含风电互联电力系统区间振荡高阶滑模阻尼控制研究

As the interconnected power system grows increasingly complex and large scale doubly-fed based wind farms integrate into grid, inter-area low frequency oscillation becomes a critical threat for the stability of power system operation. Higher order sliding mode method is suitable for solving the control problem of high-dimensional uncertain nonlinear system such as interconnected electric power system integrated with wind power. However, some thorny problems need further study, such as the upper bound of system uncertainty is unknown; the problem of over-estimated control gain usually exists; control effect is discontinuous and chattering phenomenon are still rather serious. Therefore, this project studies uncertain nonlinear system adaptive continuous higher order sliding mode control method and its application on inter-area low frequency oscillation damping control of interconnected electric power system integrated with large scale wind farms. Attached power modulation is employed to achieve inter-area low frequency oscillation damping. The research emphases are: firstly，to study a class of uncertain nonlinear system adaptive continuous higher order sliding mode control method, and establish continuous higher order sliding mode theoretical system with the characteristics that control gain can increase and decrease adaptively and over- estimated gains do not exist; secondly, to study adaptive higher order sliding mode oscillation damping scheme for interconnected electric power system integrated with large scale wind farms; thirdly, to coordinate damping method design for doubly-fed wind turbine and synchronous generator set. This project can promote the development of higher order sliding mode control algorithm, and provide a new method and thinking to improve inter-area low frequency oscillation and power system stability.

电网互联的日趋复杂以及大规模双馈风电场的接入，使得含风电互联电力系统的区间低频振荡成为维持电力系统稳定亟待解决的问题。高阶滑模方法适合解决含风电互联电力系统这类高维度的不确定非线性系统控制问题，但对于系统不确定上界未知、控制增益过估计、控制作用不连续、抖振等问题仍需深入研究，因此本项目研究不确定非线性系统自适应连续高阶滑模控制方法及在大规模风电接入的互联电力系统区间振荡阻尼控制中的应用，通过双馈风电机组附加功率调制实现区间振荡阻尼。重点研究：一类不确定非线性系统自适应连续高阶滑模控制方法，建立控制增益自适应增减调节、不存在过估计的连续高阶滑模控制理论体系；双馈风电机组自适应连续高阶滑模功率调制实现互联电力系统区间振荡阻尼控制方法；双馈风电机组与同步发电机组协调阻尼控制方法。本项目的研究促进高阶滑模控制算法发展，为改善含风电互联电力系统区间低频振荡、提高电力系统稳定性提供新的研究方法和思路。

大规模双馈风电场的接入以及电网互联的日趋复杂，使得区间低频振荡成为制约联络线传输能力的瓶颈。高阶滑模方法适合解决含风电互联电力系统这类高维度的不确定非线性系统控制问题，但对于系统不确定上界未知、控制增益过估计、控制作用不连续、抖振等问题仍需深入研究，因此本项目研究不确定非线性系统自适应连续高阶滑模控制方法及在风电接入的互联电力系统区间振荡阻尼控制中的应用。主要研究内容：（1）针对一类非线性系统，研究了新的自适应高阶滑模控制方法。结合齐次控制律及超螺旋二阶滑模实现高阶滑动模态，通过二阶滑模观测器补偿不确定项，基于障碍函数构建自适应律。（2）研究了基于高阶滑模的双馈风电机组的功率控制。搭建了双馈发电机控制实验系统，设计了双馈机组的高阶滑模功率控制方案，为实现基于双馈风电机组的电力系统振荡阻尼奠定基础。（3）完成了抑制电力系统低频振荡的双馈风电机组高阶滑模无功阻尼控制研究。设计无功阻尼高阶滑模控制环节，实现电力系统低频振荡抑制，在两区四机系统和10机39节点系统验证算法有效性及优越性。（4）设计了基于高阶滑模的双馈机组有功-无功混合调制阻尼控制方案，相比于单一调制的阻尼控制器，所提出的混合功率调制阻尼控制，对系统振荡具有更好抑制效果，同时也减少了有功功率调制对扭转振荡影响。（5）针对串联补偿双馈风力发电系统，提出了一种新的基于自适应超螺旋滑模的次同步控制相互作用抑制方法。转子电流被约束以跟踪由最大功率点跟踪和无功功率需求确定的参考值，超螺旋控制律用于产生转子侧变流器控制信号。（6）展开了载荷优化的海上漂浮式风电机组高阶滑模变桨控制，解决功率控制和载荷抑制问题，更好地实现在高风速时稳定发电机功率、抑制浮式支撑平台运动，减少叶根载荷、塔基俯仰载荷、塔基偏航载荷的目的。本项目的研究促进高阶滑模理论及应用发展，为改善含风电互联电力系统振荡影响、提高电力系统稳定性提供新的研究方法和思路。