[发明专利]无刷双馈电机虚拟同步控制多尺度建模方法

说明书

本发明涉及电机控制及电力系统新能源发电技术领域，具体涉及一种无刷双馈电机虚拟同步控制多尺度建模方法。包括以下步骤：S1：根据无刷双馈电机特殊的物理结构和电气特性建立无刷双馈电机暂态模型；S2：结合无刷双馈电机的暂态模型和虚拟同步控制算法，建立无刷双馈电机单机虚拟同步控制模型；S3：根据无刷双馈电机单机虚拟同步控制模型的特性，计算其完整数学模型；S4：将单机虚拟同步控制模型与不同时间尺度的装置或系统结合后形成不同时间尺度的虚拟同步模型。本发明提供的无刷双馈电机虚拟同步控制多尺度建模方法，能够解决现有无刷双馈电机控制模型影响控制效果和精度的问题，使模型与系统尺度匹配，提高系统控制效果。

技术领域

本发明涉及电机控制及电力系统新能源发电技术领域，具体而言，涉及一种无刷双馈电机虚拟同步控制多尺度建模方法。

背景技术

无刷双馈电机作为一种没有滑环和电刷的双馈型电机，非常适合于风力发电这种环境恶劣的场合，是一种很有发展前景的风力发电机型。

双馈型风机电流控制的动态响应速度快，控制带宽在100Hz级，定义为交流电流控制时间尺度；直流电压控制的动态响应速度居中，其控制带宽在10Hz级，定义为直流电压控制时间尺度；转速控制的动态响应速度最慢，其控制带宽在0.1Hz级，定义为机电转速控制时间尺度，因此，风电系统中存在多时间尺度，系统的控制也在不同的尺度内。

目前双馈型电机的虚拟同步控制只是在运行方式上对电机进行控制，从本质上来说，常规同步发电机，受汽轮机或水轮机调速器系统动态响应的限制，同步机惯性响应过程与一次调频的动态响应过程可以认为是相对独立的两个过程，即电网出现频率扰动时，首先由同步机自身惯量、阻尼特性所决定的惯性响应过程迅速为电网提供动态功率支撑，当转速变化超出发电机组规定的不灵敏区时，发电机组调速器动作调节汽轮机进汽门或水轮机导水叶的开度，进而在汽轮机或水轮机系统动态响应特性影响下逐步增大原动机机械功率输出以使同步机参与电网频率调节。

对于具有相对较慢的一次调频动态响应特性的风机，其在惯性控制作用下的惯性响应过程和调频控制作用下的一次调频动态响应过程不在同一时间尺度，目前文献的分析中一般认为慢时间尺度的控制环节完全不响应快时间尺度的电网扰动；快时间尺度的控制环节可以理想的完全跟踪慢时间尺度的电网扰动。因而在慢时间尺度的电网扰动作用下可忽略快时间尺度控制环节的动态过程，即不考虑不同时间尺度的控制环节的相互影响，仅关注机电转速时间尺度下内电势相位动态，忽略直流电压时间尺度及电流时间尺度控制环节的影响。

目前关于双馈型电机虚拟同步控制的研究主要是改变控制方式，但是并没有从本质上改变电机的模型，而模型相对应的时间尺度并没有考虑，这会影响到控制效果和控制精度。

发明内容

本发明意在提供一种无刷双馈电机虚拟同步控制多尺度建模方法，能够解决现有无刷双馈电机控制模型影响控制效果和精度的问题，使模型与系统尺度匹配，提高系统控制效果。

为了解决上述技术问题，本专利提供如下基础技术方案：

无刷双馈电机虚拟同步控制多尺度建模方法，包括以下步骤：

S1：根据无刷双馈电机特殊的物理结构和电气特性建立无刷双馈电机暂态模型；

S2：结合无刷双馈电机的暂态模型和虚拟同步控制算法，建立无刷双馈电机单机虚拟同步控制模型；

S3：根据无刷双馈电机单机虚拟同步控制模型的特性，计算其完整数学模型；

S4：将单机虚拟同步控制模型与不同时间尺度的装置或系统结合后形成不同时间尺度的虚拟同步模型。

本发明技术方案中，通过将单机虚拟同步控制模型与不同时间尺度的装置或系统结合，使电机虚拟同步控制模型加入了多时间尺度的特性，可以实现模型与装置或系统尺度的匹配，提高系统控制效果和精度。