[发明专利]一种评估电网波动对风电机组载荷影响的方法

说明书

本发明涉及一种评估电网波动对风电机组载荷影响的方法，该方法搭建电网、变流器与风力双馈发电机连接的电气模型和包含有载荷传递的风电机组机械模型，以最终得到受电网波动影响的发电机输出扭矩，并确定受电网波动影响的发电机输出扭矩下风电机组机械模型受到的载荷状况；将得到的载荷状况与电网正常运行情况下风电机组机械模型受到的载荷状况进行比较，评估电网波动对风电机组载荷的影响。本发明通过搭建电网、变流器与风力双馈发电机连接的电气模型以及包含有载荷传递的风电机组机械模型，来仿真各种电网波动运行情况下的载荷状态，以确定电网波动对风电机组载荷的影响，该方法简单、易操作，得到的结果可靠性和准确性较高。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种评估电网波动对风电机组载荷影响的方法。

背景技术

风力发电机组利用叶轮的叶素动量理论将风能转换为转动的机械能，又利用发电机、变流器等装置将机械能转换为电能。理想情况下，电网的三相电压、电流及频率均稳定运行，但目前很多风电场处于人口稀少，远离负荷中心的电网接入区域，这种电网相对较弱，容易发生因大负荷负载切出、短路、故障等原因导致电网电压、电流或频率波动，且对突发的电网波动变流器往往来不及响应，会导致发电机电磁扭矩发生变化，极端情况下可能会损坏风机部件。

目前市场上的风力发电机组多为永磁同步和双馈异步。永磁同步发电机经过变流器与电网连接，当电网波动时可以适当通过变流器调节减少风电机组的损伤。而双馈发电机组采用绕线式异步电机，定子侧直接与电网相连，转子侧通过背靠背变流器与电网相连，电网电压的突然变化会在定子侧造成较大冲击电流，且定转子间的电磁耦合同样也会导致转子侧电流波动，引起电机电磁扭矩波动，风电机组电磁扭矩和机械扭矩频繁不匹配，可能会导致传动链载荷上升，对齿轮箱内齿类及轴类零部件损伤较大。因此如何准确评价电网电压突变、三相不平衡或者频率波动对风电机组电磁扭矩的影响，并为风机控制策略提供合理参数，对机组安全平稳运行意义非凡。

近年来关于电网故障对风电机组的影响问题，在国内外很多整机厂家和学者都开展了研究，例如申请公布号为CN102819221A的中国发明专利公开了一种风电机组低电压穿越特性联合仿真模型及其仿真方法，该方法通过socket通讯接口将Bladed机械模型和MATLAB电气模型进行通讯，仿真不同低压穿越条件下机组传动链的载荷情况，因为Bladed硬件测试模块无法模拟出高阶模态形变情况，因此该方法在仿真过程中需要对机组主要部件如叶片和塔架模态频率进行限制，只能仿真低频下的载荷状况。

发明内容

本发明提供了一种评估电网波动对风电机组载荷影响的方法，用以解决现有技术只能仿真低频下载荷状况的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案和有益效果为：

本发明的一种评估电网波动对风电机组载荷影响的方法，包括如下步骤：

1)搭建电网、变流器与风力双馈发电机连接的电气模型，分别在电网正常运行情况下和电网波动运行情况下，改变发电机输出功率，得到不同电网运行情况下各发电机输出功率等级对应的发电机电磁扭矩；

2)在相同发电机输出功率等级下，求取电网波动运行情况下的发电机电磁扭矩与电网正常运行情况下的发电机电磁扭矩的比值，得到各发电机输出功率等级对应的比率；

3)搭建包含有载荷传递的风电机组机械模型，改变空气密度和/或风速，得到各发电机输出功率等级对应的发电机扭矩；

4)在相同发电机输出功率等级下，将步骤3)中得到的发电机扭矩与步骤2)中得到的比率相乘，得到受电网波动影响的发电机输出扭矩，确定所述受电网波动影响的发电机输出扭矩下风电机组机械模型受到的载荷状况；

5)将步骤4)中得到的载荷状况与不考虑电网波动情况下风电机组机械模型受到的载荷状况进行比较，评估电网波动对风电机组载荷的影响。