双馈风电场并网抑制频率振荡控制策略

随着我国“双碳”目标的提出，以风电为代表的可再生能源发电并网规模不断增大.风力发电的间歇性、不稳定性威胁着电力系统安全、稳定地运行.当大规模风电场集中接入电力系统后，一方面，由于双馈异步发电机(DFIG)的“机械-电解耦合”特性，其机械量和电量相互解耦，这使得其无法为电网提供机械惯性，从而削弱系统阻尼并降低了系统稳定性.另一方面，大多数风电场都位于偏远地区，远离电力系统，输电线路的等效电抗大于靠近负荷中心的线路等效电抗.因此，风电场相当于连接到了一个弱电网.近年来，越来越多的研究者对风电并网后系统的阻尼特性及相应控制策略进行了深入研究.

对于风电场并网后系统阻尼特性的研究，文献[3-4]认为在风电机组类型确定的情况下, 接入距离越近、风电渗透率越低，阻尼效果越好.文献[5]分析了虚拟惯量控制对风电并网系统阻尼特性的影响，提出利用风电场中配置的静止同步补偿器增强系统动态稳定的控制策略.文献[6-7]提出了引入反映同步发电机阻尼绕组特性的暂态阻尼环节的解决方法，解决一次调频与传统阻尼特性的相互影响问题.文献[8-9]分析了实施惯量控制的风电场在弱电网条件下会参与系统低频振荡并引入新弱阻尼振荡，以此提出了一种双层阻尼控制体系来增强风电场的阻尼特性.文献[10]提出了一种基于附加电压控制器的阻尼控制方法，该阻尼控制器可以充分抵消延时影响，从而可以改善阻尼频率振荡.

山西沿黄县市主要旅游资源的空间分布如图1、2所示，旅游景点沿黄河这条轴线广泛分布，但分布总体集中在运城地区和偏关、河曲一带，旅游资源分布的地理空间邻近性有利于统筹全域综合开发。

在增强含风电场电力系统阻尼的控制策略方面，文献[11]提出以系统频率偏差为输入, 在双馈风机上设计了附加阻尼控制器，为系统注入正阻尼.文献[12]提出了一种在DFIG转子侧增加阻尼控制器的混合模型高级控制策略，该策略可以有效地提高风机的故障穿越能力.文献[13-14]提出了一种基于全维状态空间反馈的附加阻尼控制器，调节各换流站的有功功率, 从而抑制系统的振荡.文献[15]提出一种基于史密斯预估-自抗扰控制的双馈风电场广域附加阻尼控制器，能够有效地抑制区间低频振荡.文献[16]提出通过将混合的多个有源阻尼回路分别集成到有功和无功功率控制器中，可以同时改善所有振荡模式的阻尼控制.文献[17]基于二次最优控制原理设计了多频段高压直流附加控制器，可抑制交流系统中因功率不平衡引起的振荡.

八九年前吧，那时她也幸福，幸福地和许峰谈着恋爱，但他们在一起连两人租房子的房东都不看好。原因是，李莉看起来太安生了，淳朴而无辜，整天乐颠颠地跟着许峰；而许峰英俊的脸上一双桃花眼里飞扬着的尽是不安分，住着廉价的出租屋，每天打扮得像个贵公子。他们这样的组合在外人看来，像个一眼能看到头的玩笑。

式中：Δ()=()-(-1)

1 风电场并网的阻尼特性机理分析

1.1 不含风电场的电力系统固有阻尼特性

考虑到电力系统拓扑结构复杂性及风电接入电网形式多样性，为简化分析过程，本文重点研究风电经“风火打捆”系统，并考虑由远距离高压输电线路并入大电网的典型情况，其结构图如图1所示.其中：H为同步发电机，代表常规电站；风电场代表风电场群；为H输出的有功功率；为风电场输出的有功功率；为风电场输出的无功功率；为H的内电势；为的相角；、分别为节点、的电压幅值；为节点电压相角；和为输电线路的电抗.

1）根据现有船队结构制定低硫燃油换装计划。全球航运业的集中度越来越高，大量运力被控制在联盟手中，自有和租赁船舶的数量巨大。从2019年初开始，低硫燃油需求会逐步增加，四季度大量船舶开始进行低硫燃油置换。预计2020年新政实施之时，传统船用燃料需求结构将发生大规模调整，中国80%的高硫燃油需求将转变为低硫燃油需求。为避免集中换油出现的供应紧张局面，船东应在未来一年过渡期内提前制订好船舶低硫油改造计划，提出可行性改造方案，计算成本投入，还要申请检验，取得主管机关的认可证书。同时，逐步清理高硫燃油库存，确保2020年之前所有船舶使用合规燃油。

短短两个月，小邹和小刘之间发生了多起纠纷，巧合也有，故意也有，虽然没酿成大的事故，但严重削弱了班级凝聚力，影响了班风。追根溯源，还得回到那起偷窃事件。那次阴影一直笼罩着小刘和小邹，让她们不能释怀。找到了症结所在，结合她们两人的实际情况，我采取了三步走的解决策略：

当图1中不包含风电场，且假设H的机械输入功率为常值，则可以得到小信号作用下H的转子运动方程：

(1)

式中：Δ为电磁功率增量；Δ为电压相角增量；为H惯性时间常数；为H的阻尼系数.

在不考虑励磁系统作用且假定恒定的情况下，可得：

(2)

Δ=Δ

(3)

将式(3)代入式(1)得到：

(4)

1.2 包含风电场的电力系统阻尼性质

阻尼机电振荡可通过加入动态有功发生装置来实现，下面分析双馈风电机组的阻尼机理.假设风电场的接入点在图1中节点处，由图1可得：

坚持环保标准，打造绿色环保企业。按照《水十条》要求及黑龙江省委省环保厅的统一部署，公司全面启动加油站地下储罐防渗漏治理工作，制定详细整改计划，倒排工期，统筹安排地下储罐防渗漏治理改造工作。目前，在营加油站全部完成油气回收改造，经检测合格率达100%。2018年计划完成60座双层罐改造，力争2019年底完成率100%。规范危险废物处置，严控“三废”排放。对库站进行环保技术升级改造，安装油污水处理装置、设置应急事故池等环保措施，坚决杜绝违规处置和违规排放。

(5)

(6)

式中：Δ为风电场输出有功功率增量；Δ为节点的电压幅值增量；，0为节点电压相角初值；，0为节点电压幅值初值联立式(5)和(6)并消去Δ后可得：

Δ=

(7)

为了突出本文所提控制器的有效性，通过设计电力系统稳定器(PSS)附加控制器进行对比.该控制器采用PSS控制理论，引入PSS控制结构到DFIG的有功功率控制环节中，其控制框图如图5所示, 其中：、为时间常数.

Δ(j)=Δ(j)(j)

其中：(j)为风电机组作为受电网频率作用的功率源；Δ为H的转子角频率微变量.Δ可分解为同步转矩分量和阻尼转矩分量，可得到Δ作用下的Δ的表达式：

Δ=[-sin(j)+]Δ-

(8)

(9)

(10)

将式(8)代入式(1)得到含风电场的转子运动方程：

社会的需要是检验毕业设计质量的标准。研究制订适合新工科背景的教学质量标准，及时了解企业与市场的动态化需求，做好与毕业生的交流与反馈工作，开展多维度的毕业设计教学质量评价等的，是进一步提高毕业设计质量的阶梯。

“织金堆玉”是广彩最为特殊的艺术手法。在白胎瓷器上运用类似提花织物中的“织”手法，将金水或银水描绘在瓷器上。清朝词人对此有生动的经典描绘：“彩笔为针，丹青作线，纵横交织针针见，何须锦缎绣春图，春花飞上银瓷面”。

(11)

1.3 风电场并网产生阻尼特性分析

由1.2节的讨论可知：当0°<∠(j)<90°或270°<∠(j)<360°时，风电场并网后产生的阻尼为负；当∠(j)=90°时，风电场并网后产生的阻尼为0；当90°<∠(j)<270°时，风电场并网后产生的阻尼为正；当∠(j)=180°，风电场并网后产生的阻尼最大.

2 利用风电场阻尼系统振荡控制器的设计

2.1 单神经元自适应比例积分微分控制原理

单神经元自适应比例积分微分(PID)控制系统的结构图如图2所示.其中：(=1, 2, 3)为输入量；()为设定值；()为输出；()为()与()

的误差值；Δ为控制信号；为输出放大倍数；为反馈信号.系统中的单神经元控制器通过学习，持续对PID参数进行实时调整，从而实现自适应控制.由于其结构简单、鲁棒性较强，单神经元自适应控制在一些特殊控制领域应用较广.

至此，式(16)～(21)就是基于二次型性能指标学习算法的单神经元自适应PID控制算法.相比于2.1节的增量式PID控制算法，采用二次型性能指标学习算法来计算控制律可以得到更优的控制效果.将此算法运用至附加阻尼控制器，为使算法具有更强的自适应能力，对引进的比例系数进行优化.令：

在学校、企业、学生多方的努力下，国际商务专业与武汉中欧自贸城商业管理有限公司的合作办学，在教学上积累了许多经验，然而，由于许多客观原因，导致合作办学也面临着严峻的挑战和阻碍，在进一步推进中还有亟待解决。

Δ()=(()-(-1))+()+

林地变更调查工作是近几年开展的常规性基础调查工作，是在林地“一张图”基础上，收集林业经营区划数据(包括：森林采伐、造林、抚育、新成林等)和林地变化(包括征占林地和新增林地)数据，通过上一年度和本年度两期遥感影像地类判读，结合现地补充调查核实等技术手段，更新林地“一张图”数据库图斑空间分布与管理因子属性信息，作为林地变更调查工作的成果[1]。其中，两期遥感影像地类判读是林地变更调查工作的基础，对林地变更调查的成果质量起着举足轻重的作用。

(12)

(13)

(14)

则单神经元自适应PID控制器的输出为

(15)

值的选择很重要值越大，则快速性越好，但也会导致超调量大，可能会导致系统的不稳定；值选择过小，则快速性变差.

2.2 励磁变频器的阻尼控制策略

表达时间优化：取重组表达质粒pET28a-Flagellin-3M2e转化BL21（DE3）感受态细胞，置于内含卡那霉素的 LB培养液培养（37℃），至A600为0.6~0.8，加入IPTG（终浓度1 mol/L），继续摇荡诱导表达，分别于 2、4、6、8、10 h 取菌液，裂解后进行 SDS-PAGE分析。

神经元环节组成.

单神经元自适应PID控制原理见2.1节.为了实现输出误差和控制增量的同时约束控制，本文将采用一种基于二次型性能指标的学习算法.引入的二次型性能指标通过使输出误差和控制增量加权平方和为最小来调整加权系数，从而可以间接实现对二者的约束控制.

这里取系统性能指标表达式如下：

(16)

式中：、分别为事先设定的输出误差和控制增量的加权系数；()和()为采样时刻的系统的参考输入和输出.

为了实现系统的误差逐渐减小，应该使与误差的负梯度成正比，即：

(17)

式中：为正常数.则误差梯度表达式为

(18)

式中：为调整系数；()为采样时刻的教师信号.将式(18)代入式(17)，可得：

Δ()=[()()-

(19)

又由=(-1)+Δ可得：

()=(-1)+(()()-

本文运用MATLAB/Simulink软件建立含风电机组的区域电力系统模型，区域电力系统模型采用IEEE四机两区域系统，系统的结构图如图4所示.

()=(-1)+(()()-

(20)

式中：、、分别为比例、积分、微分下的正常数.则可以得到：

每天的工作从中级筛选忙碌的流水线开始。明晃晃的顶灯之下，虚拟零件的数据流明明暗暗闪烁着淡蓝色的荧光，在传送带上安静地呼吸着。

(21)

已有的研究为风电场阻尼电力系统奠定了理论基础，也提出了许多解决问题的方法.然而，对于风电场提供正阻尼还是负阻尼的条件并没有给出明确的理论依据.本文在研究双馈风电场对系统振荡阻尼作用的基础上，推导出风电场提供正阻尼的解析条件，并以此提出了一种变增益神经元自适应控制方法，以提高双馈风电场并网抑制低频振荡的动态品质.

在时刻，增量式PID控制算法可表示为

=esgn|Δ|

(22)

式中：为一个正实数.当Δ=0时，sgn|Δ|=0，=；当Δ≠0时，sgn|Δ|=1，随|Δ|的增大而增大，实现自适应过程，优化调节效果.

由图3可知，在附加阻尼控制环节，根据输入量Δ，通过智能控制器自适应调节比例系数及、、参数，自动进行相位补偿和放大增益调整，以保证校正后的∠(j)接近于180°；放大环节的增益尽可能大.通过以上阻尼控制策略的分析可知，控制过程只需机组自身参数，具有避开电力系统的参数设计及调试、无需改变硬件结构的优势，励磁变频器的参数整定在考虑到实用化上也会更加方便.

3 算例验证

3.1 仿真参数

()=(-1)+(()()-

(()-2(-1)+(-2))

3.2 DFIG-PSS附加控制器

由于电力系统具有-解耦性，电压微变Δ主要受风电场无功的影响.在讨论风电场对系统的阻尼作用时，是通过调制Δ以产生阻尼转矩实现的，而无功为恒定模式，所以不考虑风场无功增量引起的节点电压变化(即Δ≈0)，也不再考虑由Δ引起的Δ.根据文献[19]的定义，即

3.3 仿真分析

..三相短路故障情形 为测试所设计的控制器是否能有效抑制低频振荡，设置了三相短路故障.在如图4所示区域的电力系统进行仿真实验，系统运行至20 s时，在系统中母线3处设置一个持续时长为0.1 s的三相短路故障，从而诱发系统出现低频振荡.通过示波器观测系统中各变化量，将单神经元附加控制器与无附加控制、DFIG-PSS附加控制的情况进行对比，判断单神经元附加控制策略抑制系统低频振荡的有效性.

开设各类实习环节，这主要是对专业课程理论教学的补充，扩大学生的知识面，通过到工业现场参观、听课，了解工业现场，了解现场使用到的专业课知识，掌握各种设备的使用情况，提高学生的动手能力和分析能力。但实际实施过程不尽如人意。

图6为区域1同步机相对区域2同步发电机组的相对转子角响应曲线.从图6中可以看出，与无附加阻尼控制器相比，DFIG-PSS附加控制和单神经元附加控制两种情况振荡情况的稳定时间皆有提前.与DFIG-PSS附加控制相比，系统采用单神经元附加控制器的情况下系统的相对转子角的稳定时间明显提前，振荡峰值也明显下降.

图7为区域1至区域2的传输线有功功率的振荡曲线.从图7中可以看出，加入单神经元附加控制器之后，传输线功率振幅明显减少，其在故障发生后，继续振荡3 s之后趋于稳定，比DFIG-PSS控制提前了2 s，证明了单神经元附加控制器在系统发生三相短路故障时比DFIG-PSS附加控制具有更明显的抑制系统低频振荡作用，其在改善系统阻尼特性方面具有更好的鲁棒性.

图8为双馈风电机组有功功率的响应曲线.从图8中可以看出，若双馈风电机组没有采用附加装置，当系统发生三相短路故障时，双馈风电机组有功控制环在故障暂态之后并没有发生什么改变，此时系统的低频振荡持续时间较长，而考虑DFIG-PSS附加控制和单神经元附加控制策略之后，当系统发生故障后，双馈风电机组的有功控制环均参与了系统的调节，其有功功率随着系统的振荡而发出动态响应，进而起到抑制系统低频振荡的作用，并且单神经元附加控制器具有更明显的改善系统功率的能力.

图9为三相短路故障下系统同步机转速曲线.从图9中也可以看出，单神经元附加控制优越于DFIG-PSS附加控制.

..机端扰动情形 为了进一步测试双馈风电机组转子侧有功控制环附加阻尼控制器的有效性，本节利用发电机机端扰动特例为四机两区域电力系统制造系统低频振荡工况.具体实施方案如下：在四机两区域电力系统中，当系统运行至20 s时，在同步发电机2的励磁参考电压处加入一个10%的阶跃响应，使输入值由1.0 (p.u.)突降至0.9 (p.u.)，系统运行至20.6 s时，扰动源去除，系统恢复正常，观察系统各项变量变化曲线，如图10所示.

图10为区域1同步机相对区域2的同步发电机组的相对转子角的响应曲线.从图10中可以看出，对于机端扰动，系统采用单神经元附加控制器时，相对转子角相比于无附加阻尼控制器和DFIG-PSS附加控制能够更快趋于稳定，振荡峰值明显下降.

我国实行的社会主义制度，决定了我国现代化建设必须走生态的绿色发展道路。绿色发展道路主要是从人的实际需求出发来决定社会发展的方向与目标。经济发展的硕果给人类的生存和发展带来了无限的好处，但与此同时也需要注重对生态环境的保护，唯有如此才能为人类本身的发展提供源源不断的动力支撑。习近平指出：“我们要建设的现代化是人与自然和谐共生的现代化，既要创造更多物质财富和精神财富以满足人民日益增长的美好生活需要，也要提供更多优质生态产品以满足人民日益增长的优美生态环境需要。”［1］表明生态环境建设是我国建设社会主义现代化的基本要求。

图11所示为区域1至区域2的传输线有功功率的振荡曲线.从图11中可以看出，机端扰动诱发低频振荡故障时，加入单神经元附加控制器之后，功率振幅明显减小，出现扰动时，振荡3 s之后趋于稳定，比DFIG-PSS控制提前了3 s，证明了单神经元附加控制器在出现机端扰动时具有更明显的抑制系统低频振荡的作用.

图12为双馈风电机组有功功率的响应曲线.从图12中可以看出，考虑单神经元附加控制策略之后，当系统出现机端扰动诱发的低频振荡时，双馈风电机组的有功控制环参与了系统的调节，发出动态响应，进而起到抑制系统低频振荡的作用，并且单神经元附加控制比DFIG-PSS控制具有更明显的改善系统功率的能力.

图13为机端扰动情况下系统同步机转速曲线.由图13可知，机端扰动诱发低频振荡故障发生后，采用本文提出的附加控制时，转子转速虽有振荡但能够更快趋于稳定，控制效果更明显.

从以上仿真效果可以看出，机端扰动系统环境与三相短路故障相似，当系统发生低频振荡故障时，单神经元附加控制器可以使双馈风电机组有功功率控制环快速发出有功功率参与系统振荡调节.并且由于单神经元附加控制器的优越性，其可以使系统更快达到稳定状态.

4 结语

本文围绕双馈风电场的有功调节抑制电力系统频率振荡问题展开研究，在双馈发电机的机侧转速环上引入了以增加电力系统阻尼为目标的单神经元自适应PID附加阻尼控制器.仿真测试与实验结果表明，在电力系统出现频率振荡故障期时，采用本文提出的控制策略可以使风电场快速发出有功功率，以增加系统阻尼，抑制系统出现的频率振荡，并且改进的控制策略不会对风机和系统造成负面影响，具有参考价值.