基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法与流程

1.本发明属于风力发电技术领域，涉及一种构网型风机控制方法，具体涉及一种基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法。


背景技术：

2.能源是国民经济发展的重要基础，是人类生产和生活必需的基本物质保障。近年来随着化石能源大量燃烧带来的能源问题和环境问题日益凸显，风能在电力系统中所占的比重越来越高。风能作为一种洁净的可再生能源，符合环境保护计划的要求，但是由于风能具有随机性和间歇性，随着电网中风力发电装机容量所占的比例逐步提高，大规模风电场对系统的稳定性造成的影响也逐渐加大，同时，由于系统负荷变化导致的频率变化也会变得更加剧烈，容易使电网失去稳定性。
3.在现有风机提升系统稳定能力的控制方法中，按照是否使用pll实现与电网同步的原则，划分为两类控制策略：基于pll的下垂控制和虚拟惯量控制。其中，下垂控制使风电具备系统频率的一次有差调节能力，但对电网缺乏足够的动态响应特性；虚拟惯量控制可以减小与mppt的控制矛盾，通过扰动时释放风机转子能量实现对系统的惯性响应能力，但其基于电网同步锁相的机制同样存在系统失稳风险。
4.为了解决上述问题，学者提出了构网型风电vsg(virtualsynchronizergenerator)系统，对提升弱电网稳定性具有巨大优势。现有研究主要侧重对vsg构网结构及自身惯量、阻尼提升能力进行分析，并未考虑源端风机运行特性和vsg功率控制回路间的耦合关系对风电vsg系统稳定性的影响。因此通过分析风机并网系统控制参数对电网稳定特性的影响，构建基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法对本领域人员具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的，是要提供一种基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，通过确定基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法和基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的无功-电压调节方程，实现对系统的惯量、阻尼的主动支撑能力，改善风电并网系统的稳定性。
6.本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
7.一种基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，包括以下步骤：
8.s1、构建基于vsg的构网型风机控制系统；
9.s2、在基于vsg的构网型风机控制系统的网侧换流器引入有功-频率环节和无功-电压环节，构造基于vsg的构网型风机控制系统有功-频率控制回路及基于vsg的构网型风机控制系统无功-电压控制回路；
10.s3、在基于vsg的构网型风机控制系统有功-频率控制回路及基于vsg的构网型风机控制系统无功-电压控制回路中引入自适应校正补偿控制，构建基于自适应功率校正补
偿的构网型风机控制系统；
11.s4、确定基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法，根据永磁直驱风机的虚拟转子运动方程，确定小扰动方程，得到vsg虚拟相角和vsg电压幅值；
12.s5、确定基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的无功-电压调节方程，根据自适应虚拟阻抗方程，在dq坐标系下得到自适应虚拟阻抗的补偿压降；将自适应虚拟阻抗的补偿压降代入无功-电压调节方程中，通过自适应虚拟阻抗的补偿压降矫正发生短路时风机并网点电压的电压目标值；
13.s6、通过矫正发生短路时风机并网点电压的电压目标值，得到基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统网侧换流器的调制信号，实现对系统的虚拟阻尼系数、虚拟阻尼功率主动支撑。
14.作为限定，步骤s1中，所述基于vsg的构网型风机控制系统包括：
15.风机、永磁直驱风机、机侧换流器、网侧换流器和lc滤波器；
16.所述网侧换流器根据mppt算法控制风机转速的正常运行与功率的平衡，采用vsg的控制策略，用于对电网频率与电压进行主动支撑；
17.所述风机的输出端与永磁直驱风机的输入端连接，永磁直驱风机的输出端与机侧换流器的输入端连接，机侧换流器的输出端与网侧换流器的输入端连接，网侧换流器的输出端与lc滤波器的输入端连接，lc滤波器的输出端与电网的输入端连接。
18.作为第二种限定，步骤s4中，所述基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法包括基于迭代学习的外环输出估计算法、矢量加权偏导数算法、自适应校正补偿控制输出功率限幅约束函数和控制自适应虚拟预测准则函数；
19.基于迭代学习的外环输出估计算法由公式(1)求得：
[0020][0021]
式中，p
ω
(k)为k时刻vsg有功输出功率，p
ω
(k)＝-k
ω
δδs，k
ω
为调差系数，为k时刻p
ω
(k)的控制输出信号估计值，φ
ω
(k)为k时刻估计导数值，γ为位于(0,1)的误差增益，为k时刻经限幅约束及补偿算法得到的系统控制输出功率反馈值，δδs为vsg的虚拟相角变化量，e0(k)为k时刻输出的估计误差；
[0022][0023]
式中，为k时刻自适应校正补偿控制输出功率；
[0024]
矢量加权偏导数算法由公式(3)求得：
[0025][0026]
式中，为k时刻矢量加权偏导数，e0(k+1)为k+1时刻输出的估计误差，ε为(0,1)区间的矢量系数，ξ为校正系统步长变化量的权重系数；
[0027][0028]
式中，α为估计算法的步长因子的正常数，β为变化量的惩罚系数，用于确定
步长变化的约束强度；
[0029]
对矢量加权偏导数构建基于最小值约束的初始值重置机制，得到：
[0030][0031]
式中，μ为算法重置因子，π为圆周率，当k时刻小于等于μ+π时，矢量加权偏导数算法重置为零时刻的初始值
[0032]
自适应校正补偿控制输出功率限幅约束函数由公式(6)求得：
[0033][0034]
式中，为系统控制输出功率反馈值，为系统控制输出功率反馈值的最小值，为系统控制输出功率反馈值的最大值；
[0035]
对引入补偿信号ρ，得到：
[0036][0037]
式中，ρ(k+1)为k+1时刻补偿信号，ρ(k)为k时刻补偿信号，为k-1时刻自适应校正补偿控制输出功率；
[0038]
控制自适应虚拟预测准则函数由公式(8)求得：
[0039][0040]
式中，γ(k)为误差权益的网络迭代速率，为导数跟踪误差；
[0041]
γ(k+1)＝γ(k)+tglog
ξ/α+β (9)；
[0042]
式中，tg为常数，范围0.015-0.028；
[0043][0044]
式中，i，t分别为(1，m)、(1，n)区间变化的变量，λ为动量控制因子，e
0i
(k)为第i个输出的估计误差，为第i个控制输出信号，为第i个估计导数，为控制
输出信号的平均值，为估计导数的初始值；
[0045]
将公式(1)代入公式(8)，对求偏导，并令偏导数为0，得：
[0046][0047]
式中，为估计导数的平均值，γ为误差权益的网络迭代速率，e0为初始误差值，为的偏导数，t为时间常数。
[0048]
作为进一步限定，步骤s4中，永磁直驱风机的虚拟转子运动方程由公式(12)求得：
[0049][0050]
式中，δs为vsg虚拟相角，ω
vsg
为vsg的虚拟角速度，p
ref
为风机vsg有功控制回路参考输入功率，hv为虚拟惯性系数，p为采用vsg控制后永磁直驱风机输出有功功率，pd为虚拟阻尼功率；
[0051][0052]
式中，为系统控制输出功率反馈值，p
*
为永磁直驱风机遵循mppt曲线的输出功率；
[0053][0054]
式中，ρ1为空气密度，r为风机叶片半径，ωr为风机角速度，λ
p
为叶尖速比，c
p
为风能利用系数函数；
[0055]
pd＝dv(ω
vsg
+ωn) (15)；
[0056]
式中，ωn为并网点电压角频率，dv为虚拟阻尼系数；
[0057][0058]
式中：e为vsg电压幅值，u0为风机并网点电压，x为并网阻抗。
[0059]
作为再进一步限定，步骤s4中，小扰动方程由公式(17)求得：
[0060][0061]
式中，δδs为vsg的虚拟相角变化量，δω
vsg
为vsg的虚拟角速度变化量，δp
ref
为
风机vsg有功控制回路参考输入功率变化量，δp为采用vsg控制后永磁直驱风机输出有功功率变化量，δ
s0
为vsg的虚拟相角初始值；
[0062]
忽略风机转子角速度变化率，风机vsg有功控制回路参考输入功率变化量为：
[0063][0064]
式中，为系统控制输出功率反馈值变化量；
[0065]
联立公式(17)、公式(18)得：
[0066][0067]
式中，k
vsg
为等效自适应校正补偿控制参数；
[0068][0069]
进一步化解得到系统二阶运动方程：
[0070][0071]
作为第三种限定，步骤s5中，基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的无功-电压调节方程由公式(23)求得：
[0072][0073]
式中，ks为无功等效惯性系数，δu
ref
为无功-电压调节量，q
ref
为永磁直驱风机vsg系统参考无功功率，qe为系统输出无功功率，kv为无功-电压调节系数，ud为dq坐标轴下d轴电压有效值，u
vd
为虚拟内电势，u
ωd
为虚拟补偿电压；
[0074][0075]
式中，id为d轴电流有效值；
[0076][0077]
式中，δud为风机并网点电压变化量，为发生短路时ud的电压目标值。
[0078]
作为进一步限定，步骤s5中，自适应虚拟阻抗方程由公式(26)求得：
[0079][0080]
式中，zv(s)为自适应虚拟阻抗，rs为虚拟电阻，ls为阻尼电感，s为拉普拉斯算子；
[0081]
自适应虚拟阻抗的补偿压降由公式(27)求得：
[0082][0083]
式中，iq为q轴电流有效值，ω为系统角频率；
[0084]
将公式(27)代入公式(23)中，可得：
[0085][0086]
本发明由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
[0087]
(1)本发明基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法和基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的无功-电压调节方程，实现了对系统的惯量、阻尼的主动支撑能力，改善了风电并网系统的稳定性；
[0088]
(2)本发明中的基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法需要花费的运算时间及成本均较小，具有较高的实用性，较好的实用前景；
[0089]
(3)本发明针对传统vsg不具备低电压穿越能力，在基于vsg的构网型风机控制系统有功-频率控制回路及基于vsg的构网型风机控制系统无功-电压控制回路中引入自适应校正补偿控制，可以实时修正电压控制输入信号，提高系统暂态压降支撑能力；
[0090]
(4)本发明通过自适应虚拟阻抗的补偿压降在电压控制引入电流反馈环节，用输出电流在虚拟阻抗上的压降不断矫正发生短路时风机并网点电压的电压目标值，提高暂态电压，从而起到当网侧发生对侧短路或者不对称短路时，电压支撑作用。
[0091]
综上，本发明适用于构网型风机并网系统控制参数对电网的稳定性分析，可为构网型风机并网系统稳定控制策略的制定提供工程指导。
附图说明
[0092]
图1所示为本发明实施例有功-频率环节和无功-电压环节的结构框图；
[0093]
图2所示为本发明实施例基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制的结构框图；
[0094]
图3所示为本发明实施例基于自适应功率校正补偿的构网型风机并网系统的仿真模型；
[0095]
图4所示为本发明实施例与传统构网型风机控制方法在10m/s风速下联络线b5-b6的有功功率响应对比曲线；
[0096]
图5所示为本发明实施例与传统构网型风机控制方法在10m/s风速下母线b2电压对比曲线；
[0097]
图6所示为本发明实施例与传统构网型风机控制方法在10m/s风速下同步发电机g2的有功功率响应对比曲线；
[0098]
图7所示为本发明实施例与传统构网型风机控制方法在变风速下联络线b5-b6的有功功率响应对比曲线；
[0099]
图8所示为本发明实施例与传统构网型风机控制方法在变风速控制时10m/s风速联络线b5-b6的有功功率响应对比曲线；
[0100]
图9所示为本发明实施例与传统构网型风机控制方法在变风速下同步发电机g3的
有功功率响应对比曲线。
具体实施方式
[0101]
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
[0102]
实施例一种基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法
[0103]
实际应用中，采用基于vsg的构网型风机控制系统存在降低电网小干扰稳定性的风险，对引入vsg控制的风机并网系统稳定运行能力进行全面评估，是永磁直驱风机pmsg友好并网功能得以完善的关键。因此本实施例提供了一种基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，包括以下步骤：
[0104]
s1、构建基于vsg的构网型风机控制系统；
[0105]
其中，基于vsg的构网型风机控制系统包括：风机、永磁直驱风机、机侧换流器、网侧换流器和lc滤波器；网侧换流器根据mppt算法控制风机转速的正常运行与功率的平衡，采用vsg的控制策略，用于对电网频率与电压进行主动支撑；
[0106]
风机的输出端与永磁直驱风机的输入端连接，永磁直驱风机的输出端与机侧换流器的输入端连接，机侧换流器的输出端与网侧换流器的输入端连接，网侧换流器的输出端与lc滤波器的输入端连接，lc滤波器的输出端与电网的输入端连接。
[0107]
s2、如图1所示，在基于vsg的构网型风机控制系统的网侧换流器引入有功-频率环节和无功-电压环节，构造基于vsg的构网型风机控制系统有功-频率控制回路及基于vsg的构网型风机控制系统无功-电压控制回路；
[0108]
其中，有功-频率环节用于模拟永磁直驱风机的惯性和一次调频特性，图1中，hv为虚拟惯性系数、dv为虚拟阻尼系数，ωn为并网点电压角频率，p为采用vsg控制后永磁直驱风机输出有功功率。
[0109]
s3、在基于vsg的构网型风机控制系统有功-频率控制回路及基于vsg的构网型风机控制系统无功-电压控制回路中引入自适应校正补偿控制(记为accc)，构建基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统；如图2所示，图中，p
*
为永磁直驱风机遵循mppt曲线的输出功率，l、c分别为滤波电感及滤波电容，u0为风机并网点电压。
[0110]
s4、确定基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法，根据永磁直驱风机的虚拟转子运动方程，确定小扰动方程，得到vsg虚拟相角和vsg电压幅值；
[0111]
本步骤中，基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法包括基于迭代学习的外环输出估计算法、矢量加权偏导数算法、自适应校正补偿控制输出功率限幅约束函数和控制自适应虚拟预测准则函数；通过利用矢量加权偏导数算法进行导数补偿控制对系统中存在的重复扰动进行补偿，通过下行次数的增多，不停地减小系统的输出误差，直到完全跟踪上系统的期望输出；
[0112]
一、基于迭代学习的外环输出估计算法由公式(1)求得：
[0113][0114]
式中，p
ω
(k)为k时刻vsg有功输出功率，p
ω
(k)＝-k
ω
δδs，k
ω
为调差系数，为k
时刻p
ω
(k)的控制输出信号估计值，φ
ω
(k)为k时刻估计导数值，γ为位于(0,1)的误差增益，为k时刻经限幅约束及补偿算法得到的系统控制输出功率反馈值，δδs为vsg的虚拟相角变化量，e0(k)为k时刻输出的估计误差；
[0115][0116]
式中，为k时刻自适应校正补偿控制输出功率；
[0117]
二、通过对迭代学习的外环输出估计算法进行超前-滞后追踪优化补偿，矢量加权偏导数算法由公式(3)求得：
[0118][0119]
式中，为k时刻矢量加权偏导数，e0(k+1)为k+1时刻输出的估计误差，ε为(0,1)区间的矢量系数，ξ为校正系统步长变化量的权重系数；
[0120][0121]
式中，α为估计算法的步长因子的正常数，β为变化量的惩罚系数，用于确定步长变化的约束强度；其中ξ越大，的收敛速度越快，但如果过大，则系统很容易因收敛超调而失稳；
[0122]
进一步，为了提高优化补偿过程中追踪时变参数的能力，对矢量加权偏导数构建基于最小值约束的初始值重置机制，得到：
[0123][0124]
式中，μ为算法重置因子，π为圆周率，当k时刻小于等于μ+π时，矢量加权偏导数算法重置为零时刻的初始值
[0125]
由于基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统正常运行会受到扰动及严重故障的威胁，因此通过对自适应校正补偿控制的输出限制在一定的取值范围内，可以防止控制力度过大，同时消除对永磁直驱风机正常控制功能的不利影响，自适应校正补偿控制输出功率限幅约束函数由公式(6)求得：
[0126][0127]
式中，为系统控制输出功率反馈值，为系统控制输出功率反馈值的最小值，为系统控制输出功率反馈值的最大值；
[0128]
对引入补偿信号ρ，得到：
[0129][0130]
式中，ρ(k+1)为k+1时刻补偿信号，ρ(k)为k时刻补偿信号，为k-1时刻自适应校正补偿控制输出功率；
[0131]
四、得到系统控制输出功率反馈值后，基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统扰动调节结束，风电系统恢复稳态运行时，需将基于自适应校正补偿控制的系统控制输出功率反馈值降为0，以保证风电正常运行；
[0132]
控制自适应虚拟预测按照误差权值的负梯度方向动态刷新以逼近所控目标，负梯度方向动量因子搜索误差曲面极值收敛局部离群值，平滑负梯度误差权值学习轨迹、加速算法收敛。因此建立以下控制自适应虚拟预测准则函数；
[0133]
控制自适应虚拟预测准则函数由公式(8)求得：
[0134][0135]
式中，γ(k)为误差权益的网络迭代速率，为导数跟踪误差；
[0136]
γ(k+1)＝γ(k)+tglog
ξ/α+β (9)；
[0137]
式中，tg为常数，范围0.015-0.028；
[0138][0139]
式中，i，t分别为(1，m)、(1，n)区间变化的变量，λ为动量控制因子，e
0i
(k)为第i个输出的估计误差，为第i个控制输出信号，为第i个估计导数，为控制输出信号的平均值，为估计导数的初始值；
[0140]
将公式(1)代入公式(8)，对求偏导，并令偏导数为0，得：
[0141][0142]
式中，为估计导数的平均值，γ为误差权益的网络迭代速率，e0为初始误差值，为的偏导数，t为时间常数；
[0143]
基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法由公式(1)～公式(11)组成，自适应校正补偿控制所需的驱动数据仅为其输入和输出数据反复迭代得到；基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法需要花费的运算时间及成本均较小，因此具有较高的实用性，较好的实用前景。
[0144]
本步骤中，永磁直驱风机的虚拟转子运动方程由公式(12)求得：
[0145][0146]
式中，δs为vsg虚拟相角，ω
vsg
为vsg的虚拟角速度，p
ref
为风机vsg有功控制回路参考输入功率，hv为虚拟惯性系数，p为采用vsg控制后永磁直驱风机输出有功功率，pd为虚拟阻尼功率；
[0147][0148]
式中，为系统控制输出功率反馈值，p
*
为永磁直驱风机遵循mppt曲线的输出功率；
[0149][0150]
式中，ρ1为空气密度，r为风机叶片半径，ωr为风机角速度，λ
p
为叶尖速比，c
p
为风能利用系数函数；
[0151]
pd＝dv(ω
vsg
+ωn) (15)；
[0152]
式中，ωn为并网点电压角频率，dv为虚拟阻尼系数；
[0153]
采用vsg控制后永磁直驱风机输出有功功率p为：
[0154][0155]
式中：e为vsg电压幅值，u0为风机并网点电压，x为并网阻抗；
[0156]
在平衡点处对公式(12)的永磁直驱风机的虚拟转子运动方程线性化，得到小扰动方程为，小扰动方程由公式(17)求得：
[0157][0158]
式中，δδs为vsg的虚拟相角变化量，δω
vsg
为vsg的虚拟角速度变化量，δp
ref
为风机vsg有功控制回路参考输入功率变化量，δp为采用vsg控制后永磁直驱风机输出有功功率变化量，δ
s0
为vsg的虚拟相角初始值；
[0159]
忽略风机转子角速度变化率，风机vsg有功控制回路参考输入功率变化量为：
[0160][0161]
式中，为系统控制输出功率反馈值变化量；
[0162]
联立公式(17)、公式(18)得：
[0163][0164]
式中，k
vsg
为等效自适应校正补偿控制参数；
[0165][0166]
进一步化解得到系统二阶运动方程：
[0167][0168]
由公式(21)分析可知，k
vsg
恒定大于零，因此基于vsg的构网型风机控制系统有功-频率控制回路引入自适应校正补偿控制后增强了系统的稳定能力；误差权益的网络迭代速率γ、校正系统步长变化量的权重系数ξ等参数的设置确保了系统特征根左移，增强了系统的稳定能力；同时，随着估计算法的步长因子的正常数α、位于(0,1)的误差增益γ等控制参数的增加，会使系统暂态频率波动变得平稳，扰动后频率的超调量得到一定程度降低；因此，基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统可以显著改善系统的稳定特性及抗干扰能力。
[0169]
s5、确定基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的无功-电压调节方程，根据自适应虚拟阻抗方程，在dq坐标系下得到自适应虚拟阻抗的补偿压降；将自适应虚拟阻抗的补偿压降代入无功-电压调节方程中，通过自适应虚拟阻抗的补偿压降矫正发生短路时风机并网点电压的电压目标值；
[0170]
基于vsg的构网型风机控制系统的无功-电压控制环节用于模拟同步发电机(传统火电机组)励磁电流控制方式实现电压幅值调节，具备励磁调节惯性，因此基于vsg的构网型风机控制系统的无功-电压调节方程为：
[0171][0172]
其中，ks为无功等效惯性系数，kv为无功-电压调节系数，δu
ref
为无功-电压调节量，q
ref
为直驱风机vsg系统参考无功功率，qe为系统输出无功功率，ud为dq坐标轴下d轴电压有效值，u
vd
为虚拟内电势；
[0173]
本步骤中，在基于vsg的构网型风机控制系统无功-电压控制回路中引入自适应校正补偿控制，是通过自适应校正补偿控制算法的附加虚拟电压控制进行补偿，因此得到的
基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的无功-电压调节方程由公式(23)求得为：
[0174][0175]
式中，u
ωd
为虚拟补偿电压；
[0176][0177]
式中，id为d轴电流有效值；
[0178]
基于vsg的构网型风机控制系统正常工作时，vsg输出电压实时跟踪网侧电压；当网侧发生对侧短路或者不对称短路时，即单相、两相或三相短路接地故障，外接线路阻抗降低，电压大幅下跌，风机并网点电压变化量δud为：
[0179][0180]
式中，δud为风机并网点电压变化量，为发生短路时ud的电压目标值。
[0181]
采用自适应虚拟阻抗来补偿δud，基于vsg的构网型风机控制系统的电压支撑能力，自适应虚拟阻抗方程由公式(26)求得：
[0182]zv
(s)＝-rs+sl
s (26)；
[0183]
式中，zv(s)为自适应虚拟阻抗，rs为虚拟电阻，ls为阻尼电感，s为拉普拉斯算子；
[0184]
在dq坐标系下得到自适应虚拟阻抗的补偿压降，自适应虚拟阻抗的补偿压降由公式(27)求得：
[0185][0186]
式中，iq为q轴电流有效值，ω为系统角频率；
[0187]
将公式(27)代入公式(23)中，可得：
[0188][0189]
s6、通过矫正发生短路时风机并网点电压的电压目标值，得到基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统网侧换流器的调制信号，实现对系统的虚拟阻尼系数、虚拟阻尼功率主动支撑；
[0190]
自适应虚拟阻抗的补偿压降本质是在电压控制引入电流反馈环节，用输出电流在虚拟阻抗上的压降不断矫正发生短路时风机并网点电压的电压目标值，提高暂态电压，从而起到当网侧发生对侧短路或者不对称短路时，电压支撑作用。
[0191]
下面对本实施例进行算例分析：
[0192]
本实施例基于matlab/simulink搭建图3所示的仿真模型，仿真系统包含三个额定容量均为600mw的同步发电机，一个由120台pmsg并联接入的风电场，其中每台pmsg的额定容量为1.5mw，风电场经母线b2接入系统，负荷l1为156mw，负荷l2为98mw。
[0193]
①
恒定风速下控制效果
[0194]
使风力发电机组，即三个额定容量均为600mw的同步发电机在10m/s的风速下运
行，设置2s时母线b5和母线b6之间的一条回路发生故障，2.5s故障切除。为验证本实施例的有效性，将本实施例通过与传统构网型风机控制方法进行对比，如图4所示为联络线b5-b6的有功功率响应对比曲线；如图5所示为母线b2电压对比曲线，如图6所示为同步发电机g2的有功功率响应对比曲线。其中，accc-vsg表示本实施例基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，vsg表示传统构网型风机控制方法。
[0195]
由图4-图6可知，构网型风机在以上两种控制方式下，基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法accc-vsg较传统构网型风机控制方法vsg阻尼功率振荡作用显著，改善了系统阻尼。同时，accc-vsg大大减少了对电压控制的干扰，电压可以较快达到稳定，从而保证了电压的稳定。因此，本实施例所提出的基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法在阻尼振荡的同时有效改善了电压稳定性。
[0196]
②
变风速下控制效果
[0197]
风力发电机组在范围5m/s至15m/s变化风速工况下，与恒定风速控制下同等故障且基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法中自适应校正补偿控制的参数不变，为验证本实施例的有效性，将本实施例通过与传统构网型风机控制方法进行对比。如图7所示为变风速下联络线b5-b6的有功功率响应对比曲线，如图8所示变风速10m/s时联络线b5-b6的有功功率响应对比曲线，如图9所示为变风速下同步发电机g3的有功功率响应对比曲线。
[0198]
由图7～图9可以看出运行在变风速工况下，基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法accc-vsg通过其良好的自抗扰抗干扰能力平抑了功率振荡，联络线b5-b6功率及同步发电机功率在较短有效时间内恢复稳定。基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法accc-vsg较传统构网型风机控制方法vsg均为系统提供了正阻尼；但相比传统构网型风机控制方法vsg，基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法accc-vsg对平抑联络线功率振荡有显著效果；且能在较快有效时间内使系统恢复到稳定状态，而传统构网型风机控制方法vsg在16s时才摇摆趋于稳定状态，因此本实施例的基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法要优于传统构网型风机控制方法，可以迅速抑制系统的低频振荡。因此本实施例基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法可以有效改善风电并网系统的稳定性。
[0199]
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、构建基于vsg的构网型风机控制系统；s2、在基于vsg的构网型风机控制系统的网侧换流器引入有功-频率环节和无功-电压环节，构造基于vsg的构网型风机控制系统有功-频率控制回路及基于vsg的构网型风机控制系统无功-电压控制回路；s3、在基于vsg的构网型风机控制系统有功-频率控制回路及基于vsg的构网型风机控制系统无功-电压控制回路中引入自适应校正补偿控制，构建基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统；s4、确定基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法，根据永磁直驱风机的虚拟转子运动方程，确定小扰动方程，得到vsg虚拟相角和vsg电压幅值；s5、确定基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的无功-电压调节方程，根据自适应虚拟阻抗方程，在dq坐标系下得到自适应虚拟阻抗的补偿压降；将自适应虚拟阻抗的补偿压降代入无功-电压调节方程中，通过自适应虚拟阻抗的补偿压降矫正发生短路时风机并网点电压的电压目标值；s6、通过矫正发生短路时风机并网点电压的电压目标值，得到基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统网侧换流器的调制信号，实现对系统的虚拟阻尼系数、虚拟阻尼功率主动支撑。2.根据权利要求1所述的基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，其特征在于，步骤s1中，所述基于vsg的构网型风机控制系统包括：风机、永磁直驱风机、机侧换流器、网侧换流器和lc滤波器；所述网侧换流器根据mppt算法控制风机转速的正常运行与功率的平衡，采用vsg的控制策略，用于对电网频率与电压进行主动支撑；所述风机的输出端与永磁直驱风机的输入端连接，永磁直驱风机的输出端与机侧换流器的输入端连接，机侧换流器的输出端与网侧换流器的输入端连接，网侧换流器的输出端与lc滤波器的输入端连接，lc滤波器的输出端与电网的输入端连接。3.根据权利要求1所述的基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，其特征在于，步骤s4中，所述基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法包括基于迭代学习的外环输出估计算法、矢量加权偏导数算法、自适应校正补偿控制输出功率限幅约束函数和控制自适应虚拟预测准则函数；基于迭代学习的外环输出估计算法由公式(1)求得：式中，p
ω
(k)为k时刻vsg有功输出功率，p
ω
(k)＝-k
ω
δδ
s
，k
ω
为调差系数，为k时刻p
ω
(k)的控制输出信号估计值，φ
ω
(k)为k时刻估计导数值，γ为位于(0,1)的误差增益，为k时刻经限幅约束及补偿算法得到的系统控制输出功率反馈值，δδ
s
为vsg的虚拟相角变化量，e0(k)为k时刻输出的估计误差；式中，为k时刻自适应校正补偿控制输出功率；
矢量加权偏导数算法由公式(3)求得：式中，为k时刻矢量加权偏导数，e0(k+1)为k+1时刻输出的估计误差，ε为(0,1)区间的矢量系数，ξ为校正系统步长变化量的权重系数；式中，α为估计算法的步长因子的正常数，β为变化量的惩罚系数，用于确定步长变化的约束强度；对矢量加权偏导数构建基于最小值约束的初始值重置机制，得到：式中，μ为算法重置因子，π为圆周率，当k时刻小于等于μ+π时，矢量加权偏导数算法重置为零时刻的初始值自适应校正补偿控制输出功率限幅约束函数由公式(6)求得：式中，为系统控制输出功率反馈值，为系统控制输出功率反馈值的最小值，为系统控制输出功率反馈值的最大值；对引入补偿信号ρ，得到：式中，ρ(k+1)为k+1时刻补偿信号，ρ(k)为k时刻补偿信号，为k-1时刻自适应校正补偿控制输出功率；控制自适应虚拟预测准则函数由公式(8)求得：式中，γ(k)为误差权益的网络迭代速率，为导数跟踪误差；γ(k+1)＝γ(k)+tglog
ξ/α+β (9)；式中，tg为常数，范围0.015-0.028；
式中，i，t分别为(1，m)、(1，n)区间变化的变量，λ为动量控制因子，e
0i
(k)为第i个输出的估计误差，为第i个控制输出信号，为第i个估计导数，为控制输出信号的平均值，为估计导数的初始值；将公式(1)代入公式(8)，对求偏导，并令偏导数为0，得：式中，为估计导数的平均值，γ为误差权益的网络迭代速率，e0为初始误差值，为的偏导数，t为时间常数。4.根据权利要求3所述的基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，其特征在于，步骤s4中，永磁直驱风机的虚拟转子运动方程由公式(12)求得：式中，δ
s
为vsg虚拟相角，ω
vsg
为vsg的虚拟角速度，p
ref
为风机vsg有功控制回路参考输入功率，h
v
为虚拟惯性系数，p为采用vsg控制后永磁直驱风机输出有功功率，p
d
为虚拟阻尼功率；式中，为系统控制输出功率反馈值，p
*
为永磁直驱风机遵循mppt曲线的输出功率；式中，ρ1为空气密度，r为风机叶片半径，ω
r
为风机角速度，λ
p
为叶尖速比，c
p
为风能利用系数函数；p
d
＝d
v
(ω
vsg
+ω
n
) (15)；式中，ω
n
为并网点电压角频率，d
v
为虚拟阻尼系数；式中：e为vsg电压幅值，u0为风机并网点电压，x为并网阻抗。5.根据权利要求4所述的基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，其特征在
于，步骤s4中，小扰动方程由公式(17)求得：式中，δδ
s
为vsg的虚拟相角变化量，δω
vsg
为vsg的虚拟角速度变化量，δp
ref
为风机vsg有功控制回路参考输入功率变化量，δp为采用vsg控制后永磁直驱风机输出有功功率变化量，δ
s0
为vsg的虚拟相角初始值；忽略风机转子角速度变化率，风机vsg有功控制回路参考输入功率变化量为：式中，为系统控制输出功率反馈值变化量；联立公式(17)、公式(18)得：式中，k
vsg
为等效自适应校正补偿控制参数；进一步化解得到系统二阶运动方程：6.根据权利要求1所述的基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，其特征在于，步骤s5中，基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的无功-电压调节方程由公式(23)求得：式中，k
s
为无功等效惯性系数，δu
ref
为无功-电压调节量，q
ref
为永磁直驱风机vsg系统参考无功功率，q
e
为系统输出无功功率，k
v
为无功-电压调节系数，u
d
为dq坐标轴下d轴电压有效值，u
vd
为虚拟内电势，u
ωd
为虚拟补偿电压；
式中，i
d
为d轴电流有效值；式中，δu
d
为风机并网点电压变化量，为发生短路时u
d
的电压目标值。7.根据权利要求6所述的基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，其特征在于，步骤s5中，自适应虚拟阻抗方程由公式(26)求得：z
v
(s)＝-r
s
+sl
s (26)；式中，z
v
(s)为自适应虚拟阻抗，r
s
为虚拟电阻，l
s
为阻尼电感，s为拉普拉斯算子；自适应虚拟阻抗的补偿压降由公式(27)求得：式中，i
q
为q轴电流有效值，ω为系统角频率；将公式(27)代入公式(23)中，可得：

技术总结
本发明属于风力发电技术领域，公开了一种基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制方法，构建基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统；确定基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的有功-频率控制算法，根据虚拟转子运动方程，确定小扰动方程；确定基于自适应功率校正补偿的构网型风机控制系统的无功-电压调节方程，代入自适应虚拟阻抗的补偿压降，矫正发生短路时风机并网点电压的电压目标值，得到网侧换流器的调制信号，实现对系统的虚拟阻尼系数、虚拟阻尼功率主动支撑。本发明适用于构网型风机并网系统控制参数对电网的稳定性分析，通过矫正风机并网点电压的电压目标值，提高暂态电压，当网侧发生短路时起电压支撑作用。压支撑作用。压支撑作用。


技术研发人员：刘会强 孟庆天 张爱军 慕腾 郭裕 邢华栋
受保护的技术使用者：内蒙古电力（集团）有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/7/13