一种提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法与流程

本发明属于海上风电并网控制，特别是一种提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法。

背景技术：

1、柔性低频输电系统作为海上风电中远距离送出的新型技术方案，在保证输电容量的同时有效降低了工程成本，具有良好的应用前景。然而，其核心变换装备—模块化多电平矩阵变换器（modular multilevel matrix converter，m3c）具有高度复杂的电路拓扑和多环路耦合控制特性，使得海上风电柔性低频送出系统面临宽频振荡稳定性问题。m3c工频侧控制环路与低频侧控制环路之间存在显著的耦合作用，这种耦合效应会改变m3c低频侧的阻抗特性，进而影响系统的稳定性。传统的参数设计方法难以量化这种耦合作用的影响，导致参数优化缺乏指导，无法针对性地解决特定频段的振荡风险。

2、现有针对海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法仍存在不足：一方面，缺乏有效的量化指标来衡量工频侧控制环路对低频侧控制环路的耦合程度，难以识别在振荡风险频段内对系统稳定性影响最大的关键控制环节；另一方面，控制环路间耦合作用如何影响m3c低频侧电抗特性、进而影响系统相位裕度尚不清晰，缺乏从耦合度分析到参数优化的系统性方法。

3、综上，现有技术尚未形成针对海上风电柔性低频送出系统宽频振荡稳定性的参数优化设计方法，难以满足提升m3c与低频风场互联系统的振荡稳定性的需求。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，该方法定义电抗耦合度指标，量化工频侧控制环路对低频侧控制环路的耦合度，筛选在振荡风险频段内电抗耦合度最大的控制环节，并分析其耦合作用对m3c低频侧电抗在该振荡风险频段内的影响；依据该影响，调节所述控制环节的控制带宽以改变其耦合程度，从而改善系统相位裕度，使其满足稳定性要求。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，包括：

3、建立m3c低频侧的精细化宽频阻抗模型；

4、采用阻抗分析法确定海上风电柔性低频送出系统存在振荡风险的频段；

5、定义电抗耦合度指标，用于量化工频侧控制环路对低频侧控制环路的耦合程度；

6、筛选在振荡风险频段内电抗耦合度最大的控制环节，并分析其耦合作用对m3c低频侧电抗在该振荡风险频段内的影响；

7、依据所述影响，调节控制环节的控制带宽以改变其耦合程度，从而改善系统相位裕度，使其满足稳定性要求。

8、进一步地，所述m3c低频侧的精细化宽频阻抗模型采用谐波状态空间法建立，该模型需计及m3c子模块谐波影响、多环路控制耦合以及端口复杂谐波特性。

9、进一步地，所述阻抗分析法将m3c低频侧与互联系统进行源荷划分，绘制源侧与荷侧阻抗的bode图，进而利用阻抗bode图进行稳定性分析并确定海上风电柔性低频送出系统存在振荡风险的频段；所述互联系统指低频风电场经低频线路与m3c低频侧连接的系统。

10、进一步地，所述存在振荡风险的频段，指阻抗bode图中源侧阻抗幅值和荷侧阻抗幅值交点所在的频段。

11、进一步地，所述电抗耦合度定义为：

12、

13、式中，im表示虚部，

zref为m3c低频侧阻抗详细模型，

zsimp为m3c低频侧阻抗忽略工频侧控制环路的简化模型。

14、进一步地，所述电抗耦合度的绝对值大小表征工频侧控制环路的耦合作用对m3c低频侧电抗的影响程度，其符号反映耦合作用对m3c低频侧电抗性质的影响方向：

15、越大表示工频侧控制环路的耦合作用越大；

16、表示该控制环节的耦合作用使m3c低频侧电抗感性分量增大；

17、表示该控制环节的耦合作用使m3c低频侧电抗感性分量减小或容性增强。

18、进一步地，所述工频侧控制环路的控制环节包括直流电压环和工频侧电流内环。

19、进一步地，所述筛选在振荡风险频段内电抗耦合度最大的控制环节，包括：针对工频侧控制环路的控制环节，分别计算在振荡风险频段内不同控制带宽下的电抗耦合度；比较各控制环节的控制带宽变化所引起的电抗耦合度变化程度，将变化最大的控制环节确定为在该振荡风险频段内电抗耦合度最大的控制环节。

20、进一步地，通过调节电抗耦合度最大的控制环节的控制带宽，改变工频侧控制环路对低频侧控制环路的耦合程度；所述电抗耦合度随控制带宽调节的变化方向，表征该控制环节的耦合作用对m3c低频侧电抗的影响方向。

21、进一步地，根据所述影响方向，调节控制环节的控制带宽，以使其在所述振荡风险频段内，工频侧控制环路的耦合作用对所述m3c低频侧电抗产生容性影响，从而提高系统相位裕度，满足稳定性要求。

22、与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：本发明通过建立m3c低频侧精细化宽频阻抗模型，能够弥补传统模型在频段覆盖、低频侧精细刻画以及控制耦合考虑等方面的不足，为海上风电柔性低频送出系统的振荡机理分析和稳定性评估提供更加可靠的模型基础。本发明进一步定义电抗耦合度，将m3c各控制环路之间的耦合作用由定性分析转化为定量表征，使控制环路间耦合强度可计算、可比较、可排序。本发明针对振荡风险频段，优先优化电抗耦合度最大的控制环节参数，避免传统全局试凑和盲目调整。

23、通过上述建模、量化与优化，可有效抑制海上风电柔性低频送出系统在相关频段内的振荡，提升系统在海上风电出力波动、电网条件变化及不同运行工况下的振荡稳定性、运行可靠性和送出能力。

1.一种提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，其特征在于，所述m3c低频侧的精细化宽频阻抗模型采用谐波状态空间法建立，计及m3c子模块谐波影响、多环路控制耦合及端口复杂谐波特性。

3.根据权利要求1所述的提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，其特征在于，所述阻抗分析法将m3c低频侧与互联系统进行源荷划分，绘制源侧与荷侧阻抗的bode图，进而利用阻抗bode图进行稳定性分析并确定存在振荡风险的频段；所述互联系统指低频风电场经低频线路与m3c低频侧连接的系统。

4.根据权利要求1所述的提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，其特征在于，所述存在振荡风险的频段，指阻抗bode图中源侧阻抗幅值和荷侧阻抗幅值交点所在的频段。

5.根据权利要求1所述的提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，其特征在于，所述电抗耦合度定义为：

6.根据权利要求1所述的提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，其特征在于，所述电抗耦合度的绝对值大小表征工频侧控制环路的耦合作用对m3c低频侧电抗的影响程度，其符号反映耦合作用对m3c低频侧电抗性质的影响方向：

7.根据权利要求1所述的提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，其特征在于，所述工频侧控制环路的控制环节包括直流电压环和工频侧电流内环。

8.根据权利要求1所述的提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，其特征在于，所述筛选在振荡风险频段内电抗耦合度最大的控制环节，包括：针对工频侧控制环路的控制环节，分别计算在振荡风险频段内不同控制带宽下的电抗耦合度；比较各控制环节的控制带宽变化所引起的电抗耦合度变化程度，将变化最大的控制环节确定为在该振荡风险频段内电抗耦合度最大的控制环节。

9.根据权利要求1所述的提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，其特征在于，通过调节电抗耦合度最大的控制环节的控制带宽，改变工频侧控制环路对低频侧控制环路的耦合程度；所述电抗耦合度随控制带宽调节的变化方向，表征该控制环节的耦合作用对m3c低频侧电抗的影响方向。

10.根据权利要求1所述的提升海上风电柔性低频送出系统振荡稳定性的参数优化方法，其特征在于，根据所述影响方向，调节控制环节的控制带宽，以使其在所述振荡风险频段内，工频侧控制环路的耦合作用对所述m3c低频侧电抗产生容性影响，从而提高系统相位裕度，满足稳定性要求。