基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制系统及方法

权利要求书： 1.一种基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制系统，其特征在于，用于通过调整双馈风力发电机组的控制参数对风电并网系统进行振荡抑制，所述风机参数优化振荡抑制系统包括：

数据采集模块，用于采集所述风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数；

系统非周期动态能量获取模块，用于基于所述风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数利用非周期动态能量模型获得所述风电并网系统的总非周期动态能量；

系统模态稳定域构建模块，用于根据所述风电并网系统的运行数据及获得的所述风电并网系统的总非周期动态能量构建所述风电并网系统的模态稳定域；

模态稳定域边界拟合模块，用于对所述风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合获得拟合超平面；

风电机组控制参数优化模块，用于基于拟合获得的所述超平面以所述风电并网系统的模态稳定距离最大为目标函数，以所述风电并网系统的频率范围、稳定裕度及潮流静态安全稳定条件为约束条件，对所述双馈风力发电机组的控制参数进行优化；

所述系统非周期动态能量模型为：

其中，Us为所述风电并网系统的并网点母线电压幅值，UDFIG为双馈风力发电机的机端电压幅值，xDFIG为双馈风力发电机的等效阻抗，θpll0为扰动初始时刻对应的双馈风力发电机锁相角角度，θs0为扰动初始时刻所述并网点母线电压的初相角，a为所述并网点母线电压的相角受扰后的波动幅值，ω为所述并网点母线电压的相角受扰后的波动角速度，t为时间，Is为并网点母线的电流幅值，为锁相角的初相角，Kω为虚拟惯量控制参数，Kp为所述风电并网系统内锁相环的比例参数；KI为所述锁相环的积分参数。

2.根据权利要求1所述的风机参数优化振荡抑制系统，其特征在于，所述系统模态稳定域构建模块通过下述方式构建所述风电并网系统的模态稳定域：在所述风电并网系统的节点有功功率注入空间构建小扰动稳定域作为模态稳定域的底面；

对所述底面内的任一风电并网系统的运行点施加不同能量的扰动，并对所述运行点进行振荡模态分析获得所述运行点在每一振荡模态下的模态频率和幅值信息，基于所述运行点在每一振荡模态下的模态频率和幅值信息根据模态稳定判据判断所述运行点是否为对应振荡模态下的临界稳定点，若是，则获取所述风电并网系统在所述运行点处的单位时间总非周期动态能量值作为所述对应振荡模态下的模态稳定域边界上的临界点；

遍历所述底面内所有风电并网系统的运行点，以获得每一振荡模态下的模态稳定域边界上的临界点，对每一振荡模态下的所述临界点进行拟合获得每一模态对应的模态稳定域。

3.根据权利要求1所述的风机参数优化振荡抑制系统，其特征在于，所述模态稳定域边界拟合模块利用下述方式对所述风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合：根据下述公式拟合获得所述风电并网系统每一振荡模态下的模态稳定域的超平面：根据下述公式估计所述获得的超平面的拟合精度：其中，Pi为所述风电并网系统的第i个节点注入的有功功率，αi为超平面参数，i＝1,

2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量，σESR为所述超平面的拟合精度；

当所述超平面的拟合精度大于预设阈值时，则改变所述超平面参数进行重新拟合，直至获得的所述超平面的拟合精度小于所述预设阈值。

4.根据权利要求1或3所述的风机参数优化振荡抑制系统，其特征在于，所述风电机组控制参数优化模块中的所述目标函数为：其中，m表示所述风电并网系统的主导振荡模态，S表示在主导振荡模态下，该风电并网系统的当前运行状态到该主导振荡模态稳定域边界的距离，Pim为m主导振荡模态下所述风电并网系统第i个节点注入的有功功率，αim为m主导振荡模态下对应的超平面参数，i＝1,

2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量。

5.根据权利要求4所述的风机参数优化振荡抑制系统，其特征在于，所述稳定裕度约束条件为：

Sm(P1m,P2m,...,Pkm)≥H0，所述潮流静态安全稳定条件约束条件为：所述风电并网系统的频率范围约束条件为：其中，H0为预设模态稳定距离，m为主导振荡模态，J(K)为所述风电并网系统的虚拟惯量，Jset为预设虚拟惯量，Pim为m主导振荡模态下所述风电并网系统第i个节点注入的有功功率，i＝1,2,…,k，k为所述风电并网系统的节点数量，KP_PLL为锁相环的比例控制参数，KI_PLL为锁相环的积分控制参数，Kω为虚拟惯量控制参数，Ω1为KP_PLL的取值范围，Ω2为KI_PLL的取值范围，Ω3为Kω的取值范围。

6.一种基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制方法，其特征在于，用于通过调整双馈风力发电机组的控制参数对风电并网系统进行振荡抑制，包括：采集风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数；

基于所述风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数利用系统非周期动态能量模型获得所述风电并网系统的总非周期动态能量；

根据所述风电并网系统的运行数据及获得的所述风电并网系统的总非周期动态能量构建所述风电并网系统的模态稳定域；

对所述风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合获得拟合超平面；

基于拟合获得的所述超平面以所述风电并网系统的模态稳定距离最大为目标函数，以所述风电并网系统的频率范围、稳定裕度及潮流静态安全稳定条件为约束条件，对所述双馈风力发电机组的控制参数进行优化；

所述系统非周期动态能量模型为：

其中，Us为所述风电并网系统的并网点母线电压幅值，UDFIG为双馈风力发电机的机端电压幅值，xDFIG为双馈风力发电机的等效阻抗，θpll0为扰动初始时刻对应的双馈风力发电机锁相角角度，θs0为扰动初始时刻所述并网点母线电压的初相角，a为所述并网点母线电压的相角受扰后的波动幅值，ω为所述并网点母线电压的相角受扰后的波动角速度，t为时间，Is为并网点母线的电流幅值，为锁相角的初相角，Kω为虚拟惯量控制参数，Kp为所述风电并网系统内锁相环的比例参数；KI为所述锁相环的积分参数。

7.根据权利要求6所述的风机参数优化振荡抑制方法，其特征在于，通过下述方式构建所述风电并网系统的模态稳定域：

在所述风电并网系统的节点有功功率注入空间构建小扰动稳定域作为模态稳定域的底面；

对所述底面内的任一风电并网系统的运行点施加不同能量的扰动，并对所述运行点进行振荡模态分析获得所述运行点在每一振荡模态下的模态频率和幅值信息，基于所述运行点在每一振荡模态下的模态频率和幅值信息根据模态稳定判据判断所述运行点是否为对应振荡模态下的临界稳定点，若是，则获取所述风电并网系统在所述运行点处的单位时间总非周期动态能量值作为所述对应振荡模态下的模态稳定域边界上的临界点；

遍历所述底面内所有风电并网系统的运行点，以获得每一振荡模态下的模态稳定域边界上的临界点，对每一振荡模态下的所述临界点进行拟合获得每一模态对应的模态稳定域。

8.根据权利要求6所述的风机参数优化振荡抑制方法，其特征在于，通过下述方式对所述风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合：根据下述公式拟合获得所述风电并网系统每一振荡模态下的模态稳定域的超平面：根据下述公式估计所述获得的超平面的拟合精度：其中，Pi为所述风电并网系统的第i个节点注入的有功功率，αi为超平面参数，i＝1,

2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量，σESR为所述超平面的拟合精度；

当所述超平面的拟合精度大于预设阈值时，则改变所述超平面参数进行重新拟合，直至获得的所述超平面的拟合精度小于所述预设阈值。

9.权利要求6?8任一项所述的风机参数优化振荡抑制方法，其特征在于，所述目标函数为：

所述稳定裕度约束条件为：

Sm(P1m,P2m,...,Pkm)≥H0，所述潮流静态安全稳定条件约束条件为：所述风电并网系统的频率范围约束条件为：其中，m表示所述风电并网系统的主导振荡模态，S表示在主导振荡模态下，该风电并网系统的当前运行状态到该主导振荡模态稳定域边界的距离，Pim为m主导振荡模态下所述风电并网系统第i个节点注入的有功功率，αim为m主导振荡模态下对应的超平面参数，i＝1,

2,…,k，k为所述风电并网系统的节点数量，H0为预设模态稳定距离，J(K)为所述风电并网系统的虚拟惯量，Jset为预设虚拟惯量，KP_PLL为锁相环的比例控制参数，KI_PLL为锁相环的积分控制参数，Kω为虚拟惯量控制参数，Ω1为KP_PLL的取值范围，Ω2为KI_PLL的取值范围，Ω3为Kω的取值范围。

说明书： 一种基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制系统及方法。

背景技术[0002] 中国新能源战略将大力发展风力发电设为重点。由于风力发电功率的波动性以及锁相环、虚拟惯量等是改善其性能所附加的控制环节，使得电力系统的运行方式、动态特性

等各方面发生本质变化，特别是当系统受到扰动后，风机异于传统同步发电机的行为加剧

了振荡问题的出现。因此，亟需对高风电渗透率的电力系统受扰后引发振荡的抑制方法进

行深入研究。

[0003] 目前，针对风电并网系统低频振荡模态研究方法主要是基于实时量测信息的分析方法，该方法仅能对某一局部、短时间内电气量如发电机功角、发电机有功功率或联络线流

动功率等单一变量进行处理，无法从全局角度对系统进行整体分析以有效抑制风电并网系

统的振荡。此外，现有参考PSS(电力系统静态稳定器)和FACTS(柔性交流输电系统)等传统

阻尼控制领域的风机振荡抑制策略研究，忽略了风机自身参数对振荡模态的影响。

[0004] 现有技术至少存在以下缺陷，一是只能针对单一因素对风电并网系统的振荡进行分析及抑制，抑制效率低、效果差；二是忽略风机自身参数对振荡模态的影响，当参数设置

不合理时，有可能导致风力发电机组处于低阻尼水平或负阻尼状态，威胁电网的稳定运行。

发明内容[0005] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制系统及方法，用以解决现有风电并网系统振荡抑制下效果差、效率低，易威胁电网的稳定运

行的问题。

[0006] 一方面，本发明提供了一种基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制系统，用于通过调整双馈风力发电机组的控制参数对风电并网系统进行振荡抑制，所述风机参数优化

振荡抑制系统包括：

[0007] 数据采集模块，用于采集所述风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数；

[0008] 系统非周期动态能量获取模块，用于基于所述风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数获得所述风电并网系统的总非周期动态能量；

[0009] 系统模态稳定域构建模块，用于根据所述风电并网系统的运行数据及获得的所述风电并网系统的总非周期动态能量构建所述风电并网系统的模态稳定域；

[0010] 模态稳定域边界拟合模块，用于对所述风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合获得拟合超平面；

[0011] 风电机组控制参数优化模块，用于基于拟合获得的所述超平面以所述风电并网系统的模态稳定距离最大为目标函数，以所述风电并网系统的频率范围、稳定裕度及潮流静

态安全稳定条件为约束条件，对所述双馈风力发电机组的控制参数进行优化。

[0012] 进一步的，所述系统非周期动态能量获取模块基于所述风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数利用系统非周期动态能量模型获得所

述风电并网系统的总非周期动态能量；

[0013] 所述系统非周期动态能量模型为：[0014][0015][0016][0017] 其中，Us为所述风电并网系统的并网点母线电压幅值，UDFIG为双馈风力发电机机端电压幅值，xDFIG为双馈风力发电机的等效阻抗，θpll0为扰动初始时刻对应的双馈风力发电机

锁相角角度，θs0为扰动初始时刻所述并网点母线电压的初相角，a为所述并网点母线电压的

相角受扰后的波动幅值，ω为所述并网点母线电压的相角受扰后的波动角速度，t为时间，

Is为并网点母线的电流幅值，为锁相角的初相角，Kω为虚拟惯量控制参数，Kp为所述风电

并网系统内锁相环的比例参数；KI为所述锁相环的积分参数。

[0018] 进一步的，所述系统模态稳定域构建模块通过下述方式构建所述风电并网系统的模态稳定域：

[0019] 在所述风电并网系统的节点有功功率注入空间构建小扰动稳定域作为模态稳定域的底面；

[0020] 对所述底面内的任一风电并网系统的运行点施加不同能量的扰动，并对所述运行点进行振荡模态分析获得所述运行点在每一振荡模态下的模态频率和幅值信息，基于所述

运行点在每一振荡模态下的模态频率和幅值信息根据模态稳定判据判断所述运行点是否

为对应振荡模态下的临界稳定点，若是，则获取所述风电并网系统在所述运行点处的单位

时间总非周期动态能量值作为所述对应振荡模态下的模态稳定域边界上的临界点；

[0021] 遍历所述底面内所有风电并网系统的运行点，以获得每一振荡模态下的模态稳定域边界上的临界点，对每一振荡模态下的所述临界点进行拟合获得每一模态对应的模态稳

定域。

[0022] 进一步的，所述模态稳定域边界拟合模块利用下述方式对所述风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合：

[0023] 根据下述公式拟合获得所述风电并网系统每一振荡模态下的模态稳定域的超平面：

[0024][0025] 根据下述公式估计所述获得的超平面的拟合精度：[0026][0027] 其中，Pi为所述风电并网系统的第i个节点注入的有功功率，αi为超平面参数，i＝1,2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量，σESR为所述超平面的拟合精度；

[0028] 当所述超平面的拟合精度大于预设阈值时，则改变所述超平面参数进行重新拟合，直至获得的所述超平面的拟合精度小于所述预设阈值。

[0029] 进一步的，风电机组控制参数优化模块中的所述目标函数为：[0030][0031] 其中，m表示所述风电并网系统的主导振荡模态，Pim为m主导振荡模态下所述风电并网系统第i个节点注入的有功功率，αim为m主导振荡模态下对应的超平面参数，i＝1,

2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量。

[0032] 进一步的，所述稳定裕度约束条件为：[0033] Sm(P1m,P2m,...,Pkm)≥H0，[0034] 所述潮流静态安全稳定条件约束条件为：[0035][0036] 所述风电并网系统的频率范围约束条件为：[0037][0038] 其中，H0为预设模态稳定距离，m为主导振荡模态，J(K)为所述风电并网系统的虚拟惯量，Jset为预设虚拟惯量，Pim为m主导振荡模态下所述风电并网系统第i个节点注入的有

功功率，i＝1,2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量，KP_PLL为锁相环的比例控制参数，

KI_PLL为锁相环的积分控制参数，Kω为虚拟惯量控制参数，Ω1为KP_PLL的取值范围，Ω2为

KI_PLL的取值范围，Ω3为Kω的取值范围。

[0039] 另一方面，本发明提供了一种基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制方法，用于通过调整双馈风力发电机组的控制参数对风电并网系统进行振荡抑制，包括：

[0040] 采集风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数；

[0041] 基于所述风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数利用系统非周期动态能量模型获得所述风电并网系统的总非周期动态能量；

[0042] 根据所述风电并网系统的运行数据及获得的所述风电并网系统的总非周期动态能量构建所述风电并网系统的模态稳定域；

[0043] 对所述风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合获得拟合超平面；[0044] 基于拟合获得的所述超平面以所述风电并网系统的模态稳定距离最大为目标函数，以所述风电并网系统的频率范围、稳定裕度及潮流静态安全稳定条件为约束条件，对所

述双馈风力发电机组的控制参数进行优化。

[0045] 进一步的，通过下述方式构建所述风电并网系统的模态稳定域：[0046] 在所述风电并网系统的节点有功功率注入空间构建小扰动稳定域作为模态稳定域的底面；

[0047] 对所述底面内的任一风电并网系统的运行点施加不同能量的扰动，并对所述运行点进行振荡模态分析获得所述运行点在每一振荡模态下的模态频率和幅值信息，基于所述

运行点在每一振荡模态下的模态频率和幅值信息根据模态稳定判据判断所述运行点是否

为对应振荡模态下的临界稳定点，若是，则获取所述风电并网系统在所述运行点处的单位

时间总非周期动态能量值作为所述对应振荡模态下的模态稳定域边界上的临界点；

[0048] 遍历所述底面内所有风电并网系统的运行点，以获得每一振荡模态下的模态稳定域边界上的临界点，对每一振荡模态下的所述临界点进行拟合获得每一模态对应的模态稳

定域。

[0049] 进一步的，通过下述方式对所述风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合：[0050] 根据下述公式拟合获得所述风电并网系统每一振荡模态下的模态稳定域的超平面：

[0051][0052] 根据下述公式估计所述获得的超平面的拟合精度：[0053][0054] 其中，Pi为所述风电并网系统的第i个节点注入的有功功率，αi为超平面参数，i＝1,2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量，σESR为所述超平面的拟合精度；

[0055] 当所述超平面的拟合精度大于预设阈值时，则改变所述超平面参数进行重新拟合，直至获得的所述超平面的拟合精度小于所述预设阈值。

[0056] 进一步的，所述目标函数为：[0057][0058] 所述稳定裕度约束条件为：[0059] Sm(P1m,P2m,...,Pkm)≥H0，[0060] 所述潮流静态安全稳定条件约束条件为：[0061][0062] 所述风电并网系统的频率范围约束条件为：[0063][0064] 其中，m表示所述风电并网系统的主导振荡模态，Pim为m主导振荡模态下所述风电并网系统第i个节点注入的有功功率，αim为m主导振荡模态下对应的超平面参数，i＝1,

2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量，H0为预设模态稳定距离，J(K)为所述风电并网

系统的虚拟惯量，Jset为预设虚拟惯量，KP_PLL为锁相环的比例控制参数，KI_PLL为锁相环的积

分控制参数，Kω为虚拟惯量控制参数，Ω1为KP_PLL的取值范围，Ω2为KI_PLL的取值范围，Ω3为

Kω的取值范围。

[0065] 与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：[0066] 1、本发明提出的风机参数优化振荡抑制系统以风电并网系统的模态稳定距离最大为目标函数，以风电并网系统的频率范围、稳定裕度及潮流静态安全稳定条件为约束条

件，对双馈风力发电机组的控制参数进行优化，兼顾了影响风电并网系统振荡的整体因素，

通过参数优化使风电并网系统在扰动消失后能够快速恢复稳定运行状态，规避了只考虑单

一因素对风电并网系统振荡的影响导致的振荡抑制效果差、抑制效率低的问题。

[0067] 2、本发明提出的风机参数优化振荡抑制系统将风机自身参数对风电并网系统振荡的影响作为优化双馈风力发电机组的控制参数的约束条件，规避了自行设置参数不合理

时，有可能导致风力发电机组处于低阻尼水平或负阻尼状态，威胁电网的稳定运行的问题。

[0068] 本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而

易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所

特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明[0069] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

[0070] 图1为本发明实施例基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制系统的示意图；[0071] 图2为本发明实施例基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制方法的流程图；[0072] 图3为本发明实施例IEEE4机11节点风电并网系统结构的示意图；[0073] 图4为本发明实施例稳定工况下双馈风力发电机组控制参数优化前风电并网系统各机组功角响应变化曲线的示意图；

[0074] 图5为本发明实施例稳定工况下双馈风力发电机组控制参数优化后风电并网系统各机组功角响应变化曲线的示意图；

[0075] 图6为本发明实施例失稳工况下双馈风力发电机组控制参数优化前风电并网系统各机组功角响应变化曲线的示意图；

[0076] 图7为本发明实施例失稳工况下双馈风力发电机组控制参数优化后风电并网系统各机组功角响应变化曲线的示意图。

具体实施方式[0077] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

[0078] 系统实施例[0079] 本发明的一个具体实施例，公开了一种基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制系统，如图1所示。该系统用于通过调整双馈风力发电机组的控制参数对风电并网系统进行

振荡抑制，双馈风力发电机组连接电网组成风电并网系统。

[0080] 该风机参数优化振荡抑制系统包括：[0081] 数据采集模块，用于采集风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数。

[0082] 系统非周期动态能量获取模块，用于基于风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数获得风电并网系统的总非周期动态能量。

[0083] 系统模态稳定域构建模块，用于根据风电并网系统的运行数据及获得的风电并网系统的总非周期动态能量构建风电并网系统的模态稳定域。

[0084] 模态稳定域边界拟合模块，用于对风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合获得拟合超平面。

[0085] 风电机组控制参数优化模块，用于基于拟合获得的超平面以风电并网系统的模态稳定距离最大为目标函数，以风电并网系统的频率范围、稳定裕度及潮流静态安全稳定条

件为约束条件，对双馈风力发电机组的控制参数进行优化，以使风电并网系统在扰动消失

后能够迅速恢复稳定运行状态。

[0086] 优选的，系统非周期动态能量获取模块基于风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数利用系统非周期动态能量模型获得风电并网系统

的总非周期动态能量。

[0087] 该系统非周期动态能量模型为：[0088][0089][0090][0091] 其中，Us为所述风电并网系统的并网点母线电压幅值，UDFIG为双馈风力发电机机端电压幅值，xDFIG为双馈风力发电机的等效阻抗，θpll0为扰动初始时刻对应的双馈风力发电机

锁相角角度，θs0为扰动初始时刻所述并网点母线电压的初相角，a为所述并网点母线电压的

相角受扰后的波动幅值，ω为所述并网点母线电压的相角受扰后的波动角速度，t为时间，

Is为并网点母线的电流幅值，为锁相角的初相角，Kω为虚拟惯量控制参数，Kp为所述风电

并网系统内锁相环的比例参数；KI为所述锁相环的积分参数。

[0092] 基于该系统非周期动态能量模型获得的风电并网系统的总非周期动态能量为：[0093][0094][0095][0096][0097] 其中，n为风机台数，m为同步发电机台数，UDFIGi为第i台风机机端电压幅值，Us为并网点母线电压幅值，xDFIGi为第i台风机的等效阻抗，θpll0为扰动初始时刻风机锁相角角度，

θs0扰动初始时刻并网点母线电压初相角，a为相角受扰后波动幅值，ω为受扰后波动角速

度，t为时间，Is为并网点母线电流幅值，为锁相角变化值的初相角，Kω为虚拟惯量控制参

数，Kpi为所述风电并网系统内第i台风机的锁相环的比例参数，KIi为第i台风机的锁相环的

积分参数，UGj为第j同步发电机机端电压幅值，xGj为第j台同步发电机的等效阻抗，δ0为扰动

初始时刻同步发电机的功角，Dj为第j台同步发电机的阻尼系数，TGj为第j台同步发电机的

惯性时间常数。

[0098] 其中，风机机端电压幅值UDFIGi、并网点母线电压幅值Us、扰动初始时刻风机锁相角角度θpll0、扰动初始时刻并网点母线电压初相角θs0、并网点母线电流幅值Is、锁相角变化值

的初相角 同步发电机机端电压幅值UGj及扰动初始时刻同步发电机的功角δ0为风电并网

系统的运行数据；相角受扰后波动幅值a、受扰后波动角速度ω为振荡模态数据；风机的锁

相环的比例参数Kpi、风机的锁相环的积分参数KIi及虚拟惯量控制参数Kω为双馈风力发电

机组的控制参数。

[0099] 当风电并网系统振荡收敛时，并网点母线电压幅值US逐渐减小，此时，风电并网系统的非周期能量变化量随时间减小，即 表征风电并网系统单位时间内总非周期

动态能量的累积为负值，即系统不断消耗扰动注入的能量，最终达到稳定；当风电并网系统

振荡发散时，并网点母线电压幅值US逐渐增大，此时风电并网系统的非周期能量变化量随

时间增大，即 表征系统单时间内总非周期动态能量的累积为正值，即系统能量

不断增加，最终失稳；当风电并网系统处于等幅振荡时，即 表征系统单位时间

内总非周期动态能量的累积为0，即系统消耗的能量恰好与注入系统的能量相等，此时，风

电并网系统处于临界稳定状态。

[0100] 优选的，所述系统模态稳定域构建模块通过下述方式构建所述风电并网系统的模态稳定域：

[0101] 在风电并网系统的节点有功功率注入空间构建小扰动稳定域作为模态稳定域的底面，在该底面范围内，风电并网系统在当前运行工况下具有承受一定扰动的能力，不会发

生振荡失稳现象。

[0102] 其中，风电并网系统的节点有功功率注入空间可以表示为：[0103] ΔWh＝f(P1,P2,P3,…,Pk)，[0104] k表示节点，即每个节点注入的有功功率为自变量，总非周期动态能量为因变量，节点注入的有功功率为风电并网系统的运行数据。

[0105] 对该底面内的任一风电并网系统的运行点施加不同能量的扰动，P1,P2,P3,…,Pk的一组取值对应一个运行点，并对运行点进行振荡模态分析获得运行点在每一振荡模态下

的模态频率和幅值信息，基于运行点在每一振荡模态下的模态频率和幅值信息根据模态稳

定判据判断该运行点是否为对应振荡模态下的临界稳定点，若是，则获取风电并网系统在

该运行点处的单位时间总非周期动态能量值作为对应振荡模态下的模态稳定域边界上的

临界点。

[0106] 其中，模态稳定判据为：[0107][0108] 根据模态频率及幅值信息，找到运行点前后两段单位时间内每种模态非周期能量变化量由负到正对应的场景，即模态稳定判据对应的场景，若在某一模态下满足模态稳定

判据，则判定该运行点即为风电并网系统在该模态下的临界稳定点。

[0109] 遍历所述底面内所有风电并网系统的运行点，以获得每一振荡模态下的模态稳定域边界上的临界点，对每一振荡模态下的临界点进行拟合获得每一模态对应的模态稳定

域。

[0110] 优选的，模态稳定域边界拟合模块利用下述方式对风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合：

[0111] 根据下述公式拟合获得风电并网系统每一振荡模态下的模态稳定域的超平面：[0112][0113] 根据下述公式估计获得的超平面的拟合精度：[0114][0115] 其中，Pi为所述风电并网系统的第i个节点注入的有功功率，αi为超平面参数，i＝1,2,...,k，k为风电并网系统的节点数量，σESR为超平面的拟合精度。

[0116] 当获得的超平面的拟合精度大于预设阈值时，则改变超平面参数进行重新拟合，直至获得的超平面的拟合精度小于预设阈值。

[0117] 风电并网系统受扰后，系统运行点在各模态稳定域中的位置会发生变化。相应地，系统运行点与模态稳定域边界的距离以及系统运行点能够承受的扰动能量大小也会发生

变化：当在模态稳定域范围内，距离模态稳定域边界越远时，风电并网系统在该模态下稳定

性越强，能承受扰动的能力也愈大。定义模态稳定距离为：

[0118] Sm(P1m,P2m,...,Pkm)＝Sm0(P1m0,P2m0,...,Pkm0)?Sdst，[0119] 式中，Sm0(P1m0,P2m0,...,Pkm0)为风电并网系统受扰前运行点沿某一特定方向到主导振荡模态m稳定边界的距离，受扰后运行点沿该方向到主导振荡模态m稳定边界的距离为

Sm(P1m,P2m,...,Pkm)，该距离值的大小可以表示受扰后风电并网系统在主导振荡模态m下的

稳定裕度。定义Sdst为受扰前后运行点沿特定方向到主导振荡模态m稳定边界的距离的变化

量。

[0120] 每一振荡模态对应一个模态稳定域，具体通过下述方式确定主导振荡模态，示例性的，该运行点位于振荡模态1的模态稳定域外，位于振荡模态2的模态稳定域外，且位于振

荡模态3的模态稳定域内，则该运行点对于振荡模态1和振荡模态2不稳定，对于振荡模态3

稳定，且该运行点到振荡模态1临界的距离大于到振荡模态2临界的距离，则此时对于处于

该运行点的风电并网系统，振荡模态1为主导振荡模态，优化目的即为对双馈风电机组控制

参数进行优化，使受扰后，该运行点能够在振荡模态1的模态稳定域内，从而使风电并网系

统恢复安全稳定运行状态。

[0121] 当风电并网系统运行点在稳定边界内时，Sm(P1m,P2m,...,Pkm)＞0；当系统运行点在稳定边界上时，Sm(P1m,P2m,...,Pkm)＝0；当系统运行点在稳定边界外时，Sm(P1m,P2m,...,

Pkm)＜0。

[0122] 优选的，风电机组控制参数优化模块中的所述目标函数为：[0123][0124] 其中，m表示所述风电并网系统在某一扰动下的主导振荡模态，Pim为m主导振荡模态下所述风电并网系统第i个节点注入的有功功率，αim为m主导振荡模态下对应的超平面

参数，i＝1,2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量。

[0125] 具体的，实际应用中，Sm(P1m,P2m,...,Pkm)需要满足一定的稳定裕度使风电并网系统运行在安全状态，即有一定动态稳定能力，所以需要满足稳定裕度约束条件：

[0126] Sm(P1m,P2m,...,Pkm)≥H0。[0127] 优选的，潮流静态安全稳定条件约束条件为：[0128][0129] 风电并网系统的频率范围约束条件为：[0130][0131] 其中，H0为预设模态稳定距离，m为主导振荡模态，J(K)为风电并网系统的虚拟惯量，Jset为预设虚拟惯量，Pim为m主导振荡模态下风电并网系统第i个节点注入的有功功率，i

＝1,2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量，KP_PLL为锁相环的比例控制参数，KI_PLL为

锁相环的积分控制参数，Kω为虚拟惯量控制参数，Ω1为KP_PLL的取值范围，Ω2为KI_PLL的取值

范围，Ω3为Kω的取值范围。

[0132] 方法实施例[0133] 本发明的另一实施例，公开了一种基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制方法，用于通过调整双馈风力发电机组的控制参数对风电并网系统进行振荡抑制。如图2所

述，该方法包括：

[0134] 步骤1、采集风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数。

[0135] 步骤2、基于风电并网系统的运行数据、振荡模态数据以及双馈风力发电机组的控制参数利用系统非周期动态能量模型获得风电并网系统的总非周期动态能量。

[0136] 步骤3、根据风电并网系统的运行数据及获得的风电并网系统的总非周期动态能量构建风电并网系统的模态稳定域。

[0137] 步骤4、对风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合获得拟合超平面。[0138] 步骤5、基于拟合获得的所超平面以风电并网系统的模态稳定距离最大为目标函数，以风电并网系统的频率范围、稳定裕度及潮流静态安全稳定条件为约束条件，对双馈风

力发电机组的控制参数进行优化。

[0139] 优选的，步骤3中，具体通过下述方式构建风电并网系统的模态稳定域：[0140] 在风电并网系统的节点有功功率注入空间构建小扰动稳定域作为模态稳定域的底面，在该底面范围内，风电并网系统在当前运行工况下具有承受一定扰动的能力，不会发

生振荡失稳现象。

[0141] 其中，风电并网系统的节点有功功率注入空间可以表示为：[0142] ΔWh＝f(P1,P2,P3,…,Pk)，[0143] k表示节点，即每个节点注入的有功功率为自变量，总非周期动态能量为因变量。[0144] 对该底面内的任一风电并网系统的运行点施加不同能量的扰动，P1,P2,P3,…,Pk的一组取值对应一个运行点，并对运行点进行振荡模态分析获得运行点在每一振荡模态下

的模态频率和幅值信息，基于运行点在每一振荡模态下的模态频率和幅值信息根据模态稳

定判据判断该运行点是否为对应振荡模态下的临界稳定点，若是，则获取风电并网系统在

该运行点处的单位时间总非周期动态能量值作为对应振荡模态下的模态稳定域边界上的

临界点。

[0145] 其中，模态稳定判据为：[0146][0147] 根据模态频率及幅值信息，找到运行点前后两段单位时间内每种模态非周期能量变化量由负到正对应的场景，即模态稳定判据对应的场景，若在某一模态下满足模态稳定

判据，则判定该运行点即为风电并网系统在该模态下的临界稳定点。

[0148] 遍历所述底面内所有风电并网系统的运行点，以获得每一振荡模态下的模态稳定域边界上的临界点，对每一振荡模态下的临界点进行拟合获得每一模态对应的模态稳定

域。

[0149] 优选的，步骤4中，具体通过下述方式对风电并网系统的模态稳定域进行超平面拟合：

[0150] 根据下述公式拟合获得风电并网系统每一振荡模态下的模态稳定域的超平面：[0151][0152] 根据下述公式估计获得的超平面的拟合精度：[0153][0154] 其中，Pi为所述风电并网系统的第i个节点注入的有功功率，αi为超平面参数，i＝1,2,...,k，k为所述风电并网系统的节点数量，σESR为所述超平面的拟合精度。

[0155] 当超平面的拟合精度大于预设阈值时，则改变超平面参数进行重新拟合，直至获得的超平面的拟合精度小于所述预设阈值。

[0156] 优选的，目标函数为：[0157][0158] 稳定裕度约束条件为：[0159] Sm(P1m,P2m,...,Pkm)≥H0，[0160] 潮流静态安全稳定条件约束条件为：[0161][0162] 风电并网系统的频率范围约束条件为：[0163][0164] 其中，m表示风电并网系统在某一扰动下的主导振荡模态，Pim为m主导振荡模态下风电并网系统第i个节点注入的有功功率，αim为m主导振荡模态下对应的超平面参数，i＝1,

2,...,k，k为风电并网系统的节点数量，H0为预设模态稳定距离，J(K)为电并网系统的虚拟

惯量，Jset为预设虚拟惯量，KP_PLL为锁相环的比例控制参数，KI_PLL为锁相环的积分控制参

数，Kω为虚拟惯量控制参数，Ω1为KP_PLL的取值范围，Ω2为KI_PLL的取值范围，Ω3为Kω的取值

范围。

[0165] 现通过以下实施例更好的证明本发明的有益效果。[0166] 基于IEEE4机11节点的风电并网系统，对双馈风电机组的能量模型与动态特性进行验证，风电并网系统结构如图3所示。其中，G1、G3与G4为同步发电机，有功功率均为

700MW，G3为参考机组。G2由等容量的双馈风电机组组成的风电场DFIG代替，风电场由350台

双馈风电机组并联，每台双馈风电机组的额定容量为2MW，风电场总有功功率为700MW。母

线7和9处分别连接负荷L1与L2，风电并网系统总负荷为2734MW。

[0167] 1)对风电并网系统的稳定工况进行验证[0168] 双馈风电机组控制参数为：KP_PLL＝1p.u.，KI_PLL＝1p.u.，Kω＝1p.u.。针对该风电并网系统，稳定裕度H0的设定值为0.1MW*s。

[0169] 母线8在t＝10s发生三相短路，故障持续时间0.1s后切除。经计算，优化后的参数为：KP_PLL＝0.85p.u.，KI_PLL＝0.17p.u.，Kω＝0.72p.u.。双馈风电机组控制参数优化前后风

电并网系统各机组功角响应曲线对比(以G3为参考机)如图4、图5所示。

[0170] 由图4、图5对比可知，在该场景下，参数优化前后的风电并网系统受扰后振荡持续时间从15s缩短至8s左右，功角摆动幅度明显减小。由此说明，通过参数优化，能够改善系统

的功角响应特性，在扰动消失后使风电并网系统更快地恢复稳定，提高系统稳定性。

[0171] 2)对风电并网系统的失稳工况进行验证[0172] 为进一步验证参数优化策略在不同扰动能量下的有效性，使母线8处t＝52s时发生三相短路故障，故障持续时间0.8s。经计算，优化后的参数为：KP_PLL＝0.64p.u.，KI_PLL＝

0.13p.u.，Kω＝0.55p.u.。双馈风电机组控制参数优化前后系统各机组有功功率曲线如图

6、图7所示。

[0173] 由图6可知，在该场景下，扰动消失后，各发电机发生周期性失稳，不能自行恢复稳定运行状态。由图7可知，通过参数优化，能够在扰动消失后使系统在振荡10s左右后恢复稳

定，发电机G1、DFIG可以恢复到初始运行状态，同步机G4过渡到新的运行状态。说明该参数

优化策略能够达到抑制振荡的效果。

[0174] 与现有技术相比，本发明提出的基于模态稳定域的风机参数优化振荡抑制系统及方法，首先，以风电并网系统的模态稳定距离最大为目标函数，以风电并网系统的频率范

围、稳定裕度及潮流静态安全稳定条件为约束条件，对双馈风力发电机组的控制参数进行

优化，兼顾了影响风电并网系统振荡的整体因素，通过参数优化使风电并网系统在扰动消

失后能够快速恢复稳定运行状态，规避了只考虑单一因素对风电并网系统振荡的影响导致

的振荡抑制效果差、抑制效率低的问题；其次，本发明提出的风机参数优化振荡抑制系统及

方法将风机自身参数对风电并网系统振荡的影响作为优化双馈风力发电机组的控制参数

的约束条件，规避了自行设置参数不合理时，有可能导致风力发电机组处于低阻尼水平或

负阻尼状态，威胁电网的稳定运行的问题。

[0175] 本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所

述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

[0176] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，

都应涵盖在本发明的保护范围之内。