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风电变流技术 储能系统 弱电网并网 ★ 5.0

一种用于灰箱D-PMSG风电场并网弱电网的附加谐振阻尼控制

An Additional Resonance Damping Control for Grey-Box D-PMSG Wind Farm Integrated Weak Grid

作者 Tao Zhang · Songhao Yang · Zhiguo Hao · Hongyue Ma · Baohui Zhang
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2024年7月
技术分类 风电变流技术
技术标签 储能系统 弱电网并网
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 直驱永磁同步发电机 谐振抑制 灰箱系统 附加谐振阻尼控制 频率扫描技术
语言:

中文摘要

为解决直驱永磁同步发电机(D - PMSG)风电场接入电力系统的谐振问题,人们已付出了大量努力。然而,由于商业保密原因,D - PMSG 控制器的结构和参数是保密的,因此目标系统呈现出灰箱特性。现有的谐振阻尼方法要么不适用于灰箱系统,要么在经济上不可行,这使得灰箱系统的谐振阻尼极具挑战性。为解决这一问题,本文提出了一种专门针对灰箱 D - PMSG 系统的附加谐振阻尼控制(ARDC)策略。该策略通过在 D - PMSG 控制器外部增设一个附加控制回路来实现。首先,通过离线扫频技术获取外部阻抗特性,然后在最恶劣稳定场景下采用基于伯德图的方法确定附加控制回路的关键参数。一旦发生谐振,在线重塑黑箱 D - PMSG 的外部阻抗,以增加系统的幅值稳定裕度,从而提供有效的谐振阻尼。最后,在各种运行工况下的仿真和控制器硬件在环实验中验证了 ARDC 的有效性。

English Abstract

Considerable efforts have been made to address the resonance issue of the Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator (D-PMSG) wind farm integrated power systems. However, the D-PMSG controller structure and parameters are concealed because of commercial secrecy, thus the target system exhibits grey-box characteristics. The existing resonance damping methods are either unavailable for grey-box systems or economically infeasible, which makes resonance damping of grey-box systems extremely challenging. To address this issue, this paper proposes an Additional Resonance Damping Control (ARDC) specifically for the grey-box D-PMSG system. This strategy is achieved by incorporating an additional control loop outside the D-PMSG controller. Firstly, the external impedance characteristics are obtained by the frequency sweeping technique offline and then the key parameter of the additional control loop is determined by the Bode-diagram-based method under the worst stability scenario. Once the resonance occurs, the external impedance of the black-box D-PMSG is reshaped online to increase the magnitude stability margin of the system, thus providing effective resonance damping. The ARDC's effectiveness is finally verified in the simulation and controller-hardware-in-the-loop experiment under various operating conditions.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对灰盒直驱永磁同步风机并网系统的附加谐振阻尼控制技术具有重要的跨领域应用价值。虽然研究对象是风电系统,但其核心解决的"灰盒系统谐振抑制"问题与我司在光伏、储能并网领域面临的挑战高度相似。

该技术的核心创新在于通过外加控制回路实现谐振抑制,无需获取设备内部控制器参数,这与阳光电源在复杂电网环境下的实际应用场景高度契合。在大型光伏电站和储能系统集成项目中,我们常需要与不同厂商设备协同工作,各方控制策略和参数往往因商业保密而无法共享。该论文提出的频率扫描技术获取外部阻抗特性、基于波特图确定控制参数的方法,为解决多厂商设备并网的弱电网振荡问题提供了新思路。

从技术成熟度评估,该方法已完成仿真和控制器硬件在环实验验证,具备较好的工程化基础。对阳光电源而言,可将此技术理念迁移应用于:一是增强型并网逆变器产品,赋予其自适应谐振抑制能力;二是储能系统的PCS控制策略优化,提升弱电网适应性;三是开发独立的电网稳定性增强装置,作为系统级解决方案。

技术挑战主要在于不同能源类型的阻抗特性差异、实时在线阻抗重塑的响应速度要求,以及多机并联场景下的协调控制。但这恰好为阳光电源提供了差异化竞争机遇——通过掌握灰盒系统谐振抑制技术,可显著提升产品在复杂电网环境下的兼容性和可靠性,强化我司在新能源并网技术领域的领先地位。