附加PSS控制的机网相互作用抑制策略优化

1.PSS机网相互作用抑制策略

由于双馈风电机组的励磁电压由转子侧变流器提供，为了在励磁系统附加PSS控制，可以将转速偏差Δω或者转差率偏差Δs作为输入信号，经隔直、超前-滞后、增益和限幅环节后，输出一个附加输出信号uPSS作用到转子电压q轴分量uqr上，如图6.77所示。

图6.77　双馈风电机组转子侧附加PSS控制框图

附加PSS控制的内部结构如图6.77中框图所示，其中K为增益，Tw为隔直环节时间常数，T1～T4分别为两级超前-滞后环节时间常数。转子侧变流器在功率解耦控制方式中，所有控制方程均被转换到与定子磁链同步的dq坐标系下，且d轴与定子磁链方向一致。根据以上条件，定子磁链的q轴分量为零，d轴分量为磁链幅值，电机磁链方程如式所示。

忽略定子磁链暂态过程和定子电阻，可以得到电磁转矩表达式：

式中，Te为风机电磁转矩，Ls和Lm分别为dq坐标系下等效的定子自感、定转子互感，ψs为定子磁链。忽略定子磁链暂态，可认为定子磁链恒定不变。因此，双馈风电机组的电磁转矩可由转子电流q轴分量iqr独立控制。可得转子电压dq分量和转子电流dq分量的控制关系：

其中由上式可知，转子电流的dq轴分量可以由转子电压dq轴分量分别控制，式中第三项为交叉耦合项，这些耦合干扰了转子电压对转子电流的控制作用，可看成系统的内扰动。合理整定附加PSS控制参数，当系统发生扰动时，可以使得PSS模块的输出信号uPSS作用到转子电压q轴分量uqr上，进而调整转子电流q轴分量iqr的大小，产生一个与Δω同相的附加电磁转矩ΔTePSS，即可以起到增强系统阻尼的作用。

2.PSS机网相互作用效果分析(www.xing528.com)

（1）时域仿真

建立带有PSS的风机并网系统时域仿真模型，电压参考值在5 s时从0 p.u.阶跃为0.05 p.u.，观测此时转速偏差的响应。改变PSS增益Kp，分别设置为0.1、1、10、100来分析PSS对低频振荡的影响，总仿真时长20 s，时域仿真结果如图6.78所示。

图6.78　不同PSS增益下转速偏差波形

根据图中显示，PSS增益较小时，系统不稳定；随着PSS增益的增大，系统稳定性提高，即振荡的幅值减小且更快达到稳定。

（2）小信号分析法

通过小信号模型求取特征值来分析PSS对系统小信号稳定性的影响，结果如表6.13所示，所关心的振荡模式频率范围设置为0.2～2.5 Hz。

表6.13　不同PSS增益下的模态变化

续　表

由特征值分析结果可知，当Kp较小时，特征值实部为正，系统具有负阻尼，不稳定；随着Kp增大，系统特征值实部变为负，系统的正阻尼增大，系统稳定性提高。综上，时域仿真法和小信号分析法相互验证，在PSS参数合理的情况下，PSS能够增强系统的稳定性。