[发明专利]双馈感应风力发电机组轴系模型参数的单独辨识方法

说明书

本发明公开了一种双馈感应风力发电机组轴系模型参数的单独辨识方法，所述方法通过在发电机转速信号上叠加正弦形式的慢速扰动信号，激发双馈感应风力发电机组的慢动态过程，从而实现了轴系参数与电气及控制器参数的解耦辨识，可以在尚不知晓双馈感应风力发电机组电气参数和控制器参数准确值的情况下，对轴系参数进行单独辨识，辨识结果具有良好的精度，解决了以往双馈感应风力发电机组轴系模型参数难以辨识的问题。

技术领域

本发明涉及一种双馈感应风力发电机组轴系模型参数的单独辨识方法，属于电力系统建模领域。

背景技术

双馈感应风力发电机组(以下称为“DFIG机组”)是目前风力发电中使用的主流机型之一，它由风力机(含叶片和轮毂)、传动系统(含连接风力机的低速传动轴、增速齿轮箱和连接发电机转子的高速传动轴)、双馈感应电机、电力电子变流器及其控制器等部分组成。建立准确的DFIG机组模型，对于研究风力发电机并网后与电网的交互影响有重要意义。

DFIG机组的轴系模型主要用于描述传动系统的柔性及扭振特性，DFIG机组轴系的结构如图1所示。与风力机和发电机相比，齿轮箱的惯性很小，所以可以将齿轮箱的惯性忽略或计入发电机转子的惯性，这样可以得到表示DFIG机组轴系的两质块模型，其方程如下：

上式中，H_t和H_g分别为风力机和发电机转子的惯性时间常数；K_s为轴系的刚度系数；D_sh和D_g分别为轴系和发电机的阻尼系数；T_m、T_e、T_sh分别为风力机的机械转矩、发电机的电磁转矩、轴系传递的机械转矩；ω_t和ω_r分别为风力机的转速和发电机转子的转速；θ_tw为风力机和发电机转子两个质块间的相对角位移。该模型中有五个参数：H_t、H_g、K_s、D_sh、D_g。

DFIG机组是一个多时间尺度的动态系统，目前通常采用的在DFIG机组并网线路上制造电压跌落扰动的参数辨识方法会同时激发DFIG机组中的电磁暂态、机电暂态和机械动态过程。尤其是机电暂态和机械动态过程在时间上无法完全解耦，动态过程涉及发电机、控制器和轴系的参数，由于参数数量过多，难以准确辨识。

发明内容

发明目的：本发明提出一种双馈感应风力发电机组轴系模型参数的单独辨识方法，通过单独激发DFIG机组轴系慢动态过程的方式来准确辨识轴系模型的参数。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种双馈感应风力发电机组轴系模型参数的单独辨识方法，包括以下步骤：

1)在DFIG机组的发电机转速信号上施加正弦形式的转速扰动信号并屏蔽实际转速信号，记录扰动施加过程中DFIG机组承受的风速和发电机转速的变化数据；

2)建立DFIG机组的单机并网模型，并随机设定其电气参数的数值和控制器参数的数值，以使DFIG机组模型可以进入稳态运行；

3)采用优化算法，以步骤1)中所述正弦形式转速扰动信号为输入，以DFIG机组的发电机转速变化为输出，辨识DFIG机组轴系模型中的H_t、H_g、K_s、D_sh四个参数；

4)固定步骤3)中辨识出的H_t参数数值，采用优化算法，以步骤1)中所述正弦形式转速扰动信号为输入，以DFIG机组的发电机转速变化为输出，辨识DFIG机组轴系模型中的H_g、K_s、D_sh、D_g四个参数。