一种风电参与调频的PID调速器参数优化方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115085275A(43)申请公布日2022.09.20(21)申请号202210890283.6G06F113/04(2020.01)(22)申请日2022.07.27G06F113/06(2020.01)G06F111/06(2020.01)(71)申请人南京邮电大学地址210023江苏省南京市栖霞区亚东新城文苑路9号(72)发明人戴剑丰万磊周霞解相朋(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243专利代理师张玉红(51)Int.Cl.H02J3/38(2006.01)H02J3/24(2006.01)G06F30/20(2020.01)G06N3/00(2006.01)G06N3/12(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称一种风电参与调频的PID调速器参数优化方法(57)摘要本发明公开了一种风电参与调频的PID调速器参数优化方法，采用小信号分析法构建风电参与调频的频率响应模型；然后采用描述函数法对风电和水电死区等非线性环节线性化，构建含调速器死区的风电参与调频频率模型，并根据等效变换规则对模型进行等效化简；再次，根据频率响应模型中主要参数对频率稳定性的影响，构建一次调频性能指标和系统阻尼指标，建立多目标优化模型；最后采用智能优化算法搜索更新PID调速器参数，给出考虑死区的风电参与调频对超低频振荡的抑制方法，可以更有效地缩短调节时间和抑制超低频振荡。CN115085275ACN115085275A权利要求书1/3页1.一种风电参与调频的PID调速器参数优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：采用小信号分析法构建风电参与调频的频率响应模型，选取虚拟惯量控制策略、超速控制策略和桨距角控制策略，分析风电调频对超低频振荡的影响；步骤2：采用描述函数法对风电和水电死区等非线性环节线性化，构建含调速器死区的风电参与调频频率模型，并根据等效变换规则，通过移动比较点，对模型进行等效化简；步骤3：根据步骤2所述模型中参数对频率稳定性的影响，构建一次调频性能指标A(K)和系统阻尼指标B(K)，建立多目标优化模型C(K)＝aA(K)+bB(K)；步骤4：采用智能优化算法搜索更新由比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD并联组成的PID调速器参数，给出考虑死区的风电参与调频对超低频振荡的抑制方法。2.根据权利要求1所述的一种风电参与调频的PID调速器参数优化方法，其特征在于：所述步骤1中，首先分析在电网实际运行中，以火电机组和水电机组为典型的原动系统，建立传统机组频率响应模型，以及水轮机、汽轮机和发电机的传递函数：式中：Ght和Gst分别为水轮机和汽轮机的传递函数，Ghgov和Gsgov为其对应PID调速器的传递函数；Δω为发电机转速变化量，Δμ为导叶开度变化量；TW为水流惯性时间常数，Bp为调差系数，KP、KI、KD分别为调速器比例、积分、微分系数；FHP为高压缸稳态输出功率占汽轮机总输出功率的百分比，TRH为中间再热蒸汽容积效应时间常数，TCH为主进气容积效应时间常数；TG为伺服系统时间常数，R为调速器一次调频下垂系统；TJ为发电机的转动惯量，ΔPm为机械功率变化量，ΔPe为电磁功率变化量，D为发电机阻尼系数；d为偏导数，s为微分算子；然后分析由于水电机组的水锤效应及PID调速器参数设置不合理，而导致系统相位滞后和阻尼恶化，从而在高比例水电机组中出现的超低频振荡现象，并在传统机组频率响应模型的基础上，考虑风电参与调频，采用小信号分析法构建风电参与调频系统频率响应模型，风电的机械功率变化通过风力机模型表示：式中，ρ为空气密度，CP为风能捕获效率系数，λ为叶尖速比，β为桨距角，A为桨叶风能捕获面积，v为风速；并选取虚拟惯量控制、超速控制和桨距角控制策略，分析风电参与调频对超低频频率2CN115085275A权利要求书2/3页振荡的影响。3.根据权利要求1所述的一种风电参与调频的PID调速器参数优化方法，其特征在于：所述步骤2中，通过分析一次调频死区特性，选取普通型死区对死区的输入输出进行数学建模：式中：x为死区的输入，即系统的频率偏差值Δf，y为死区的输出，a为死区的临界阈值；在原有系统模型的基础上，分别考虑水轮机及其调速器、风电调频模块对应的死区环节，建立含调速器死区系统频率模型；鉴于超低频振荡的特征，及所有发电机同调，不存在局部和区域间振荡，将所有发电机等值为一台惯性中心的机组，并根据等效变换规则，将水电和风电死区进行等效，通过移动比较点，系统表示为具有线性和非线性两部的简化系统频率分析模型；采用函数描述法对非线性的死区环节进行线性化，系统的开环部分为非线性环节N(A)和线性环节G(s)的串联，则系统的闭环频率特性为：特征方程为