[发明专利]一种用于次同步振荡仿真的直驱风机等值建模方法

说明书

本发明提出了一种用于次同步振荡仿真的直驱风机等值建模方法。本方法综合考虑了直驱永磁同步风电机组的控制器结构，根据实际风电场构造及风机参数建立仿真模型，在公共连接节点处施加一个次同步频率的测试电流，获得电压谐波各分量的幅值，根据谐波各分量幅值和控制器参数之间的关系，获得等值风电场的模型参数，实现对风电场的等值建模。

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别地涉及一种用于次同步振荡仿真的直驱风机等值建模方法。

背景技术

风电具有清洁、来源广泛等特点，近几年来发展迅猛。风能汇聚地区，地理上多处于偏远地区，多位于远离负荷中心的电网末端，因此我国风电场一般都采用集中并网再远距离输送的方式传输电能，由此引发的次同步振荡问题严重威胁着电力系统的安全稳定运行。

电力系统的次同步振荡属于系统的振荡失稳，是一种由特殊的机电耦合引发的电力系统各部分间持续功率交互现象。传统火电机组引发的次同步振荡，指电力系统和发电机组以低于系统同步频率的某个或多个振荡频率交换显著的能量，振荡频率一般在8～49Hz。直驱风机作为现役的主要机型之一，其与传统火电机组不同，采用全功率式的逆变器作为并网接口，具有响应速度快，系统整体惯性小等特点。而直驱风机由于机械部分被交-直-交换流器隔离，其主导模态不参与系统振荡，而现有研究结果表明，网侧换流器控制的各个参数、锁相环、电网强度等都会影响次同步振荡的特性。同时直驱风机并网系统在发生次同步振荡时会有大量的分布有规律的谐波产生。

实际系统中的风电场多由几十台甚至上百风电机组组成，同一地区通常有若干风电场接入。由于风机数目庞大，在分析系统稳定性时，构建系统特征方程会面临特征矩阵维数过高，统计参数所需时间过长等问题。因此，必须对风电场整体进行等值，即将同一风电场内的同型号风电机组等值成一台或几台风机。而现有的等值方法在选取参数时均是基于暂态值或经验值，缺少系统且有理论值支持的等值方法。

因此，本发明提出一种用于次同步振荡仿真的直驱风机等值建模方法，通过分析直驱风机对谐波的动态响应过程，来获多机聚合后系统的整体参数，达到对风电场进行等值的目的。

发明内容

本发明提出一种用于次同步振荡仿真的直驱风机等值建模方法，包括以下步骤：步骤1：建立实际风电场的数字仿真平台；步骤2：在风电场出口公共连接点处施加谐波电流激励，测得谐波电压幅值；步骤3：根据谐波电压幅值和控制器及电路参数之间的函数关系，获得直驱风机等值模型参数。

进一步，步骤3包括如下子步骤：

1)建立系统小扰动分析模型，其包括直驱风机的锁相环、网侧换流器控制的小信号模型；

2)根据形成的小信号模型，通过假定谐波电流激励输入的方式，逐步计算得出直驱风机dq坐标系下的电压、电流及电压指令值，最后得到风电场出口处各谐波电压幅值、相位和控制器及电路参数间的函数关系：

其中A_nj为各谐波电压幅值，γ_nj为各谐波电压相位，n代表谐波次数，j表示关于工频50Hz对称的两个谐波电压分量；K_pp,K_ip为锁相环比例、积分系数，K_pdc,K_idc为电压外环比例、积分系数，K_pi,K_ii为电流内环比例、积分系数，L_g为电网等效电感，C,L为直流侧电容、网侧换流器连接电感，δ为谐波电流激励幅值，ω_s为谐波电流激励频率；

3)控制器及电路参数和谐波电压幅值间函数关系的函数形式可以表示成：

式(2)表示的函数为式(1)表示的函数的反函数，利用matlab中solve函数求解直驱风机等值模型参数。

附图说明：