基于无源性约束的新能源场群宽频振荡自稳控制方法及系统

本发明属于新能源并网与电力系统稳定控制，涉及一种基于无源性约束的新能源场群宽频振荡自稳控制方法及系统。

背景技术：

1、随着风电、光伏等新能源的大规模接入，电力系统逐步由同步机主导转向电力电子变换器主导结构。新能源场群中跟网型与构网型变换器并存，其控制机理差异显著，导致系统阻抗特性呈现强耦合、多频段及非线性特征，易引发次同步、中频及高频等宽频振荡问题，影响系统稳定运行。现有振荡抑制方法通常针对单一频段或局部设备，缺乏对全频域稳定性的统一量化描述，且控制参数多依赖经验整定，难以实现稳定性与控制设计的有效衔接。无源性理论能够从阻抗正实性角度统一刻画系统稳定性，但现有研究多停留于稳定性判定，尚未形成基于无源性约束的多频段一体化自稳控制方法。因此，有必要提出一种基于无源性理论的新能源场群宽频振荡自稳控制方法。

2、现有方案通常将场群等效为单一源侧阻抗与负载侧阻抗，或仅依据振荡频率调整某一控制器增益，难以同时保留多节点端口耦合、统一不同额定容量设备的稳定裕度尺度，并将设备定位结果直接约束到可下发的控制参数。

技术实现思路

1、本发明的目的，在于提供一种基于无源性约束的新能源场群宽频振荡自稳控制方法及系统，能够在保留异构场群端口耦合关系的前提下，形成从跨工况无源裕度、主导设备及参数定位，到受约束参数求解和安全在线更新的可实施闭环。

2、为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

3、一种基于无源性约束的新能源场群宽频振荡自稳控制方法，包括如下步骤：

4、步骤1，在运行工况集合中的各运行工况下，以跟网型变换器和构网型变换器的稳态工作点为线性化点，得到场群多端口降阶阻抗矩阵；

5、步骤2，将分析频域划分为多个特征频段，定义设备端口无源指标和网络端口无源指标；组装网络导纳yn与设备导纳yd并构造返回差矩阵，以筛选风险频带；

6、步骤3，当端口无源指标低于阈值、低于风险阈值或返回差复特征根进入右半平面时，确定临界频率、临界工况和临界特征向量；计算最右复根实部及端口无源指标对候选控制参数的归一化灵敏度，据此确定主导变换器和候选控制参数集合；

7、步骤4，以候选控制参数增量为决策变量，在目标端口无源指标不低于对应阈值、返回差最右复根实部不大于预设负阻尼界、参数位于允许范围、控制器内部稳定、电压电流和调制量不越限以及控制时延受限的约束下，求解归一化参数改变量最小的控制参数增量；

8、步骤5，将求得的控制参数增量映射至主导变换器的虚拟阻抗、锁相环阻尼、前馈补偿、虚拟惯量、虚拟阻尼或下垂控制环节中的至少一种，并根据更新前后的降阶阻抗矩阵之差确定实际形成的阻抗增量；

9、步骤6，按照带投影和回溯步长的更新规则下发控制参数，重新测量或辨识端口导纳并复算端口无源指标、返回差特征根及运行约束；当严格稳定性校核失败、目标端口无源指标恶化超过容许量或运行量越限时回滚至上一组安全参数；当连续预设次数满足复根阻尼和运行约束时停止更新。

10、其中，所述步骤1的具体内容是，

11、在运行工况集合中的各运行工况下，以跟网型变换器和构网型变换器的稳态工作点为线性化点，得到第台变换器的动态状态、端口电压扰动和端口电流扰动分别记为、和；

12、建立各变换器端口小信号导纳矩阵以及集电线路、变压器和外部电网的节点导纳矩阵，对内部节点进行消元，得到保留观测端口之间耦合关系的降阶阻抗矩阵。

13、其中，所述步骤1中，第台变换器的端口电压扰动和端口电流扰动采用同步旋转dq坐标系下的二维向量表示，所述端口小信号导纳矩阵由变换器功率级、滤波器、数字控制延时及控制环节在稳态工作点处线性化得到；在采用正负序坐标时，通过预设坐标变换矩阵将dq导纳矩阵转换为包含正负序耦合项的序域导纳矩阵。

14、其中，所述步骤1中，将集电线路、变压器和外部电网形成的网络节点导纳矩阵按保留端口节点集合和待消元内部节点集合分块为、、和；其中，表示保留端口节点之间的自导纳及互导纳子矩阵，表示内部节点电压对保留端口注入电流的耦合子矩阵，表示保留端口电压对内部节点注入电流的耦合子矩阵，表示内部节点之间的自导纳及互导纳子矩阵；在可逆时，按照得到网络保留端口导纳，将各变换器端口小信号导纳组装为，并按照和获得场群多端口降阶阻抗矩阵。

15、其中，所述步骤2中，定义第台变换器的归一化端口导纳，其厄米部分为，并根据计算第台变换器在第个特征频段的设备端口无源指标；构造开环矩阵和返回差矩阵，并计算作为风险频带距离指标，稳定符号由的特征轨迹相对点的绕点数或的最右复根确定。

16、其中，所述步骤3中，在临界频率和临界工况处，分别采用临界特征向量计算端口无源指标灵敏度，并采用中心有限差分计算最右复根实部对候选参数的灵敏度；按照灵敏度、参数允许调节量及设备剩余电流和调制裕量形成责任度。

17、其中，所述步骤4中，以与松弛变量加权和为目标函数，约束更新后目标端口无源指标不低于设定值、返回差最右复根实部不大于，为预设负阻尼界，并满足参数边界、内部稳定、电流、电压、调制比及附加控制输出限值。

18、其中，所述步骤5中，对跟网型变换器调节虚拟阻抗参数、锁相环阻尼补偿参数、电压前馈参数、电流前馈参数或功率前馈参数中的至少一种；对构网型变换器调节虚拟惯量、虚拟阻尼、下垂系数或附加虚拟阻抗参数中的至少一种；所述参数调节不得改变控制器内部稳定性并受变换器电流和调制裕度约束。

19、其中，所述步骤6中，采用更新控制参数；当复根阻尼未达到阈值、端口无源指标恶化超过容许量、电压电流或调制量越限、通信异常或辨识置信度不足时，撤销本次更新并减小。

20、一种基于无源性约束的新能源场群宽频振荡自稳控制系统，包括处理器、存储器、阻抗测量或辨识接口、运行工况获取接口以及与跟网型变换器和构网型变换器连接的控制参数下发接口；所述存储器存储指令，所述指令由处理器执行时实现如前所述的方法。

21、采用上述方案后，本发明的核心思想是保留异构场群的多端口耦合关系，以设备及网络端口无源指标表征局部能量特性，以返回差最小奇异值筛选风险频带，再由广义奈奎斯特绕点数或返回差复特征根确定稳定符号；在此基础上利用临界根和参数灵敏度定位主导设备，通过受约束参数求解、监督校核、回溯下发和失败回滚实现宽频振荡自稳控制。

22、本发明具有如下有益效果：

23、（1）与将场群简化为单一标量阻抗的方案相比，本发明通过节点导纳组装和kron消元保留异构变换器、集电网络与外部电网之间的多端口耦合关系，使稳定评估对象与实际场群拓扑相对应。

24、（2）通过设备和网络端口无源指标量化局部能量特性，以返回差最小奇异值筛选风险频带，再由广义奈奎斯特绕点数或返回差复特征根严格确定稳定符号，避免把不保证单调的整体降阶阻抗厄米指标或单一幅值交点直接作为充分判据。

25、（3）通过临界根、临界特征向量和归一化参数灵敏度，将风险频带映射至具体设备及可调参数，并将参数允许调节量和运行裕度纳入责任度，使灵敏度分析直接服务于控制责任分配和优化降维。

26、（4）通过以控制参数增量为决策变量的联合约束求解，直接输出可写入pll、虚拟阻抗、前馈、虚拟惯量、虚拟阻尼或下垂环节的参数，避免阻抗增量与抽象适配函数之间缺少唯一映射。

27、（5）通过投影、回溯、影子模型校核、斜率限制、在线复测和失败回滚约束参数更新，可在严格稳定性、端口无源指标或运行约束不满足时恢复至上一组安全参数，形成可复核、可回退的闭环安全措施。