[发明专利]考虑风速波动的双馈风机柔直并网强迫振荡的分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑风速波动的双馈风机柔直并网强迫振荡的分析方法。该方法为：建立风速波动模型；根据原双馈风机柔直并网系统的DAE方程，以风速为输入变量，双馈风机电磁功率为输出变量，得到系统新的DAE方程并线性化，建立输入变量到输出变量之间的传递函数，并对目标传函中的系统特征矩阵、系数矩阵进行求解；利用得到的目标传函的幅频特性对双馈风机柔直并网系统的强迫振荡进行分析。该方法将风速的扰动在小信号模型中作为输入变量，风机功率的波动看作输入变量经过系统后的响应，从而建立输入输出变量间的传递函数，便能在频域范围内对风机柔直并网的强迫振荡进行分析，解决了考虑风速扰动下的风机柔直并网强迫扰动特性分析问题。

技术领域

本发明属于风电柔直并网稳定性分析技术领域，特别是一种考虑风速波动对风机柔直并网强迫振荡的影响的分析方法。

背景技术

目前，风力发电技术呈现大规模发展趋势，而柔性直流输电技术的发展为远距离风电场的并网提供了有效途径。然而风速具有强波动性，在随机变化的风速信号中，可能存在不同频率的连续周期性小扰动，双馈风机经柔性直流输电并网时，风速的扰动将会成为影响系统稳定运行的新的强迫扰动源，使系统产生与风速扰动相关的强迫功率振荡，如何对这一问题进行分析是目前发展的一个重要课题。

强迫功率振荡和负阻尼低频振荡的表现形式相似但是产生的机理不同，也是致使系统不稳定的重要原因之一。电力系统中存在诸多连续周期性扰动，包括随机变化的风速。在含风电场的电力系统中，由于风速的持续周期性扰动将会成为系统新的强迫扰动源。目前关于风电机组并网的强迫振荡研究较少，尤其是对于风电柔直并网。传统分析方法一般通过时域仿真验证基础理论，缺少风电机组强迫振荡幅值与扰动源之间的定性或者定量关系，无法揭示含风电场的电力系统强迫振荡内在机理。而频域分析可通过建立扰动源与强迫振荡幅值的传递函数对两者进行定性甚至定量的分析，从而揭示其内在机理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑风速波动对风机柔直并网强迫振荡的影响的分析方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种考虑风速波动的双馈风机柔直并网强迫振荡的分析方法，包括以下步骤：

步骤1、建立风速波动模型；

步骤2、根据原双馈风机柔直并网系统的DAE方程，将风速设为输入变量，双馈风机电磁功率设为输出变量，得到新的DAE方程组并将其线性化，建立输入变量到输出变量之间的传递函数；

步骤3、求解目标传递函数；

步骤4、利用传递函数的幅频特性对系统强迫振荡进行分析。

进一步地，步骤1所述建立风速波动模型，具体如下：

采用平均风速分量与湍流分量相叠加的风速模型，平均风速保持不变，风速的波动体现在湍流分量中，湍流分量为一个平稳随机过程，风速序列和平均风速的偏差服从零均值高斯分布，以限定风速变化范围；

假设一段时间内风速信号由平均风速持续周期性波动分量V_p和高斯白噪声V_n组成，建立如下风速模型：

其中，V_wind为风速，A为风速波动幅值，f_p为风速波动频率。

进一步地，步骤2所述根据原双馈风机柔直并网系统的DAE方程，将风速设为输入变量，双馈风机电磁功率设为输出变量，得到新的DAE方程组并将其线性化，建立输入变量到输出变量之间的传递函数，具体如下：

步骤2.1、根据原双馈风机柔直并网系统的DAE方程，将风速设为输入变量，双馈风机电磁功率设为输出变量，得到新的DAE方程组并将其线性化。系统的原DAE方程组为：