面向双馈风电场+串补系统的次同步振荡快速自适应抑制控制

朱介北个人简介。新能源构网控制、电力电子化电力系统。行政：科技部分布式能源与微电网国天津大学教授、博士生导师国家青年千人特聘专家IETFellowIEC国际标准召集人曾任英国国家电网总部和国家。会议组织：2025年国际电气自动化电力调度中心高级电力系统工程师驻英使馆国家优秀自费留学生驻英大使刘晓明为其颁奖 主要研究方向岁单位与社会服务际合作基地副主任、天津市电力系统仿真控制重点实验室副主任e编委：担任IEEETransactionsonPowerSystems、IEEEPowerEngineeringLetters制等期刊编委与信息科学会议大会主席苏格兰风场井网兼容测试 研究成果●发表SCI/EI论文100余篇，3篇入选ESI高被引主导IEC国际标准2项、参编国内标准5项●授权/申请中国发明专利69项、国际专利2项●主持国家重点研发计划课题1项、基金委重点项目“联合基金”1项、面上项目1项作为第一完成人获得包括天津市科技进步奖、中国电力企业联合会电力创新奖等省部级一等奖2获日内瓦国际发明展金奖4项（特许金奖1项）英国国调“毕加索”实时电网 工作于英国国调中心 项、二等奖3项 一、研究背景 一、研究背景一一新能源发展需求及现状全球能源危机加剧，各国加速能源转型，中国、欧盟、澳洲相继推出大力发展新能源的相关政策风电已成为能源转型核心，全球累计风电装机已突破1136GW，电力系统风电渗透率日益提高。印印印电动汽车锦能没备Q民民房国作电厂新能源高游透率风力发电电力系统光伏发电 ++“双碳”目标"Net-Zero"*PoweringAustralia"1200■总装机容量■新增装机客量H136100002800附间/年2012-2024年全球风机装机容量 一、研究背景一一风电场典型事故与挑战风电资源往往与负荷中心呈逆向分布，需串补线路(SC)提升远距离输电能力，而双馈风电场DWF)与SC存在交互作用易诱发次同步振荡（SSO)。现已发生多起事故导致大量风机脱网及撬棒损坏。随着风电渗透率持续提高，该现象已成为威胁新型电力系统安全稳定运行的关键挑战9~13HzSSO(a）明昆苏达州中南管区基风电项磊补图(b)第风电通并用点电消实消法形美国明尼苏达州中南部某风电场SSO事故双馈风电场经串补并网（DWF+SC)系统SSO现象典型特征：明希尔振荡机理特殊性：换流器参与等效谐振引发负阻尼振荡失稳。风电址20Hz左右SSOwwwww政师发生8.i0.25s16.0.5s德克萨斯州南部某风电场SSO事故 300报落发政200风机股网100串补切除5~10HzSSO14:12:00 14:12:30 14:13:00 14:13:30 14:14:00 14:14:30(b)茅风电场实测有功波形u/hh:mms（a）可北洁源地区风电场拓扑图河北沽源地区某风电场SSO事故多维度动态特性：动态特性受风机参数、电网条件、风速等运行工况多重影响，振荡频率呈现大范围时变特性抑制挑战性特征：受换流器快速响应及限幅环节影响，易出现小扰动快速发散，导致常规控制策略失效，抑制难度显著增加。 、研究背景一一SSO分类与研究现状双馈风电场经串补并网(DWF+SC)系统SSO由感应发电机效应与次同步控制相互作用共同主导除了外界因素（风速、串补度）影响，IGE与SSCI共同敏感于转子换流器(RSC)比例系数的变化。次同步振荡(SSO)次同步控制相互作次同步谱据次同步扭矩相互作用用(SSCI)(SSR)(SSTI)感应发电机效应扭矩相互作(IGE)用(TI)智态转矩放大(TA)>IGE：系统在次同步频率下呈负阻尼，导致不断增长的SSRSSCI：转子换流器快速动作导致，振荡增长和发散速度更快 对比维度感应发电机效应次同步控制相互所用(IGE)(SSCI)触发机制电气参数失配控制动态交互（负电阻主导）RSC快速调节频率决定电网固有参数因素(线路电感、串补度）控制器参数+电网工况振荡速度较慢快速发(幅值增长速率高)敏感因素RSC比例系数、内环风速、串补度、RSC比参数调整例系数 一、研究背景一一SSO抑制策略分类分析国内外学者针对DWF+SC系统SSO问题提出了电网侧和风机侧的SSO抑制控制策略通过分类分析，现有SSO抑制策略存在自适应性欠缺和响应速度较慢两大技术挑战995SSDC电网侧FACTS/VSC辅助阻尼控制LkRSC电流内环HLPOCHIPF-BPFHBSFSSDC成本高、控制复杂、占地大、实用性限经典SSO控制策略（SSDC）改进型白适应次同步阻尼抑制器申联申补输电线路电网自适应频带扩展f +Uatc风电场次同步频事估计器响应速度较慢/需结合特定自适应策略（ASDC）场景调整参数 SSO抑制策略风机侧无功调节新型控制器附加控制器袋赖精确建模、对外界干扰敏感输入控制信号转子电容电压电流信号远端、解释机理不足频率范围窄、参数优化复杂、缺少自适应性 PMW参数整定复杂 一、研究背景一一SSO抑制控制策略技术挑战经典策略抑制能力不足、频段固定，依赖特定场景，难以实现大范围SSO抑制，驱需设计一种SSO自适应抑制策略，以实现多频段下的更好的SSO滤除效果。经典抑制策略0, = (0sso e[0ss0,ss0]0 dB通常使用传统-n dB滤波器，但在抑制能力抑制能力SSO主导频率降低/失效降低/失效有效抑制频段偏离控制器SSO抑制中心B频率时，控制器SSO抑制oLOH(rad/s)频率(rad/s)能下降或失效。经典SSO抑制控制器主要问题 缺乏自适应性。(nd)0.3-0.5K=20 % - 40 %7=10m/0.80.2y = 9 m/sK, =20 % - 40 %Wso-21Hz0.2电距(pu)-0.1振荡发散-0.3K,20 % - 45 %-0.5fe0o=19Hr0.20.4B) (s)经典控制器自适应性不足表现 一、研究背景一一SSO抑制控制策略技术挑战二现有策略参数更新复杂且更新时间存在延迟，导致极端工况下抑制时间过长，威胁设备安全。迫切需要突破提升SSO抑制即时性的技术瓶颈，以优化抑制器性能并确保设备安全可靠运行。-0.1-0.3-0.5-0.70.60.81.0风电机组大规模脱网30振荡程度随即时25性降低应加剧裂20osS10发生(0.386s,,=18Hz)5(0.353s,f18Hz)0.20.40.60.81.01.2附时(间) (s)SSO即时性不足对抑制效果的影响 ie时间延时保护动作风机退出四烟四内CH8888SSO抑制即时性不足威胁设备并网稳定性 研究路线与基础 研究路线与基础一一技术路线DWF+SC系统建模与主导SSO模态分析换型基础DWF+SC系统案构及其传统控制方案DWF+SC系统主导SSO模新识及其影响因系DWF+SC系统模型搭建DWF+SC系统小信号模型据建→模型基型+理论基础改进型自适应线性元件SSO抑制控制器（MA-SOSC）设计控制器架构设计基于自适应线性元件这激器的SSO自通座更新A-SOF速除模块(A-SOF)权重系数更新参数没置频率键定更新频丰错定更新递归最小二秉法）(送忘因子)鼻法过程分新控制器硬件在环（C-HIL)平台措建TMS320F28335 DSP * 2+RT-LAB OP5600RSC+MA-SOSCGSCDWF+SC系统控制架构+即制方法快速自适应SSO抑制控制器性能提升方案（FA-SOSC)FASUSCGT活动口快模型训练款据收集(SFFTS0E改进频率模型预亿神经网络（SFFT）锁定与更+LSTM)模型构建降识数帮读关特征新直法性评估 介绍研究背景与现状。建立DWF+SC系统数学模型与小信号模型，分析主导SSO模态及关键影响因素，并揭示其机理。提出由SSO滤除模块、频率辨识模块和锁频模块构成的MASOSC，并通过C-HIL验证其有效性。在MA-SOSC基础上引入基于预测模型的改进锁频模块，通过仿真证明其抑制即时性显著优于现有策略。总结与展。 12 二、研究路线与基础一一研究理论基础DWF+SC系统SSO通常只涉及一个主导模态，该模态对RSC内环比例系数、风速和串补度(Kc)最为敏感，其振荡频率主要取决于K.且呈大范围时变特性，抑制该模态即可有效抑制系统SSO。RSC内环控制回路作为次同步频段下的薄弱环节，可作为SSO抑制策略设计与实施的切入点。16425*31+* 4u : 1 +90R.+* t, : -a3数tM/s影响因素变化时主导SSO模态根轨迹图 +.E: : 2%-*N%L64风风速变化速HR串补度41. $8141,串补度变化影响RSC电流内环比h例系数变化关键影响因素仿真验证 三、改进型自适应线性元件SSO抑制控制器(MA-SOSC)设计 三、MA-SOSC设计一MA-SOSC应用位置与架构MA-SOSC入RSC内环，由SSO滤除模块、主导SSO频率辨识模块与频率锁定/更新模块构成能够实现多工况下SSO分量的实时辨识与有效剔除。Wso-L./L,PWMm/LsPIPIir/00.0iru O→[(0-0, )αL(0s-0 )oL,Ld&+o,oPInri-.--MA-SOSCRSCMA-SOSC应用位置(),-r)oLMA-SOSC应用基于自适应线性元件滤波器的SSO滤除模块（A-SOF)实现SSO分量剔PI除，通过滑窗式快速傅里叶变换(SFFT算法实现主导SSO频率实时辨 A-SOFfn频率锁定与更新oidfssofssoSFFT辨识S识。MA-SOSC控制设计架构 三、MA-SOSC设计一一SSO滤除与频率辨识模块A-SOF根据参考频率f，通过递归最小二乘法(RLS)形成逼近SSO分量的信号，进而将其剔除。频率辨识模块根据频域中主导SSO模态频率对应的幅值远高于其余频段的振荡特性进行辨识。G-fsin(2x/6k)_ie(k)-0.3正余弦信号y(k)00(2tCL)-0.9A-SOFRLS33303050A-SOF滤波性能RLS权重系数更新算法远优于传统滤波(2H)索W()=W(&1)+ P()(μ)器，可过调节遗忘因子入控制滤0(±1)α(≤)除信号的额率范国，从而优化抑制效果。0()-[0(x1)P(t)n(x)0(1)A-SOFSSO滤除模块 额率锁定与更新滑窗快速傅里叶算法)=Fom (k)WFm(t)J(k) = N(k 1) /T0.4时间()0.60.81.01.2SFFT在时间窗口内获取采样RSC内环电流信号差的幅须特性，SFFT辨识：20Hz并提取振荡最大幅值对应的频率，即主导SSO振荡频率/sso*时间(s)主导SSO频率辨识模块 三、MA-SOSC设计一一锁频模块与MA-SOSC设计优势频率锁频模块通过合理的延时设计（T)，有效屏蔽了频率辨识模块在SSO发生初期输出跳变带来的信号于扰，在确保频率锁定准确性基础上，实现了A-SOF参考频率f.的自适应更新Jorwhen Jo e faafs t, stwhen Jiso E [fisa-Jso] && r, ≥T-0.2fhso开始SFFT预设A-SOF参考频率：-0.7SSO频率提联阳售最大所时应的损书068+Kc30%-90%0.15 _9.2..0.25.0.0. 0.35 0.40.45 0.53(s)电R能Jis, C [foofoo]?25(025%.00)ir-m20040xb)棋定与更新相肤i保特祖定时间？10W+2Hz~15Hz更新A-SOF参-考强率并领定0.05 0.10.15, 0.2, _0.25_.0,3,_0.350.40.45 0.5()MA-SOSC设计流程图频率辨识与A-SOF参考频率更新过程 f=MA-SOSC设计优势：通过“实时跟踪-动态调整?实现f自适应更新，突破传统固定参数限制本地信号的采用与锁频机制，有效规避了信号延迟、频率漂移、辨识误差等问题。无需额外监测系统运行条件》实现从“被动响应”到“主动适应”的控制模式转变兼顾宽频带适应性和控制精度，提升SSO抑制的鲁棒性。 三、MA-SOS