[发明专利]基于PWM的直驱式风机的简化方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于PWM的直驱式风机的简化方法及系统，所述简化方法包括：识别直驱式风机系统的原始模型中的组成部件；以机侧受控电压源和机侧受控电流源替换模拟原始模型中的机侧变流器、以网侧受控电压源和网侧受控电流源替换模拟原始模型中的网侧变流器、以及为原始模型中的直流母线增设直流卸荷保护电路，形成简化系统模型。本发明通过利用机侧受控源和网侧受控源模拟机侧变流器和网侧变流器，极大的简化了风机系统，提升了系统仿真验证效率，并且在系统模型中保留了直流母线，有效还原了风机系统在实际运行过程中的可能产生的过压、过流等瞬时状态，保障了系统模型的有效性，再有通过设置直流卸荷保护电路提高了系统模型的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明属于风电系统技术领域，尤其涉及一种基于PWM的直驱式风机的简化方法及系统。

背景技术

目前直驱式风力发电机在新能源发电领域中获得了十分广泛的应用，研究其电磁暂态特性对保障电力系统稳定有着重要意义。而电磁暂态仿真软件的仿真速度主要取决于以下两个因素：模型节点数与仿真计算步长。其中模型节点数取决于主回路中元器件和控制回路控制器件的数量，仿真计算步长取决于模型仿真精度要求。

现有集中式接入的风电场一般由上百台风机组成，如果对每台风机都采用详细模型建模，虽然可以比较精确的反应风电场接入对电网动、静态特性的影响，但是由于现有的新能源机组都大量的采用了采用PWM调制技术的全控型变流器与系统相连，为了准确模拟全控期间开断过程对交流和直流侧暂态过程的影响，仿真步长通常小于10μs，对于大型并网的新能源场站，会导致仿真中出现维数灾的问题，计算量将随着仿真机组台数的增长成几何倍数增长，不光计算量非常大，并且也很难得到准确的解。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种基于PWM的直驱式风机系统的简化方法，以解决现有技术中仿真效率较低的问题。

在一些说明性实施例中，所述基于PWM的直驱式风机系统的简化方法，包括：识别直驱式风机系统的原始模型中的组成部件；以机侧受控电压源和机侧受控电流源替换模拟所述原始模型中的机侧变流器、以网侧受控电压源和网侧受控电流源替换模拟所述原始模型中的网侧变流器、以及为所述原始模型中的直流母线增设直流卸荷保护电路，形成简化系统模型；所述简化系统模型中包括：风机模型、发电机模型、含直流卸荷保护电路的直流母线模型、机侧平波阻抗模型、网侧平波阻抗模型、无穷大电网、以及机侧受控源和网侧受控源；

其中，所述风机模型与所述发电机模型相连、所述发电机模型通过机侧平波阻抗模型和机侧受控源与直流母线模型相连、所述直流母线模型通过所述网侧受控源和网侧平波阻抗模型与无穷大电网相连；

所述简化系统模型中替换模拟机侧变流器的机侧受控电压源满足如下数学模型：

其中，u_sa、u_sb、u_sc分别表示发电机机端的三相电压，L_sa、L_sb、L_sc分别表示三相电感，R_sa、R_sb、R_sc分别表示三相阻抗，i_sa、i_sb、i_sc分别表示三相电流，S_sa、S_sb、S_sc分别变流器三个桥臂的开断信号，1表示上桥臂通，U_dc表示直流母线电压，C表示直流电容值，i_load表示网侧变流器直流侧电流；

所述简化系统模型中机侧受控电压源模拟机侧变流器交流侧电压，应满足如下数学模型：

其中，v_sa、v_sb、v_sc分别表示变流器交流侧电压；