[发明专利]一种考虑并网稳定性的阻抗分频塑形方法

说明书

本发明公开了一种考虑并网稳定性的阻抗分频塑形方法，针对风电场发生次同步振荡的现象，采用阻抗分析法可以通过建模或者测量装置得到风机的阻抗模型，通过对风机的阻抗曲线进行塑形，从而解决次同步振荡问题，保证风机并网的稳定性，本发明提出了一种新的阻抗塑形方法，根据风机的硬件结构和控制系统结构，对风机进行阻抗建模得到风机阻抗Zsubgt;inv/subgt;，并提取阻抗中的电阻、电感、电容分量，采用设备对风机接入的电网进行阻抗测量，得到电网阻抗Zsubgt;g/subgt;；由此在变流器中加入如上设计的前馈环节Gv，便能够在电网阻抗背景Zg情况下实现并网的稳定。

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，特别是涉及一种考虑并网稳定性的阻抗分频塑形方法。

背景技术

针对风电场发生次同步振荡的现象，分析方法主要有状态空间方程方法和阻抗分析法。状态空间方程方法，通过建立风机并网系统的所有状态方程，通过特征根来分析潜在的不稳定频率。但是该方法依赖于了解系统全部环节的结构和参数，而电网的参数往往难以获得或随潮流发生变化。采用阻抗分析法可以通过建模或者测量装置得到风机的阻抗模型，通过对风机的阻抗曲线进行塑形，从而解决次同步振荡问题，保证风机并网的稳定性。常规的阻抗塑形方法，着眼点在于采用常见的环节比如加入虚拟阻抗、电容电流乘一定系数前馈、电容电压乘一定系数前馈，来实现阻抗塑形。这些环节的调节效果受系数影响较大、能够调节的阻抗频段局限，因此只适用于一些特定的电网阻抗条件。而通过改变风机控制参数实现阻抗特性改变的方法，对风机的控制特性造成影响，也影响了基于控制性能考虑而设计的控制器参数整定方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种考虑并网稳定性的分频阻抗塑形方法。解决了采用改变控制参数的塑形方法导致的对控制性能的影响，也解决了采用常规前馈、反馈环节存在的阻抗塑形效果有限的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种考虑并网稳定性的分频阻抗塑形方法，对风机的阻抗进行特征分量提取，分成电感分量、电阻分量和电容分量；采用分频系数结合三个分量来描述一个新的阻抗曲线，进而根据并网稳定性的要求，求得分频系数值；再结合电压前馈对阻抗特性的影响，反推设计电压前馈环节的表达式，在风机的控制中加入所述电压前馈环节实现阻抗塑形。

进一步的，本发明的考虑并网稳定性的分频阻抗塑形方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据风机的控制系统结构，推导变流器的阻抗模型Z_inv；

步骤2：提取步骤1得到的阻抗模型中的电阻、电感、电容分量；

步骤3：对风机接入的电网进行阻抗测量，得到电网阻抗Z_g；

步骤4：定量刻画变流器阻抗Z_new，并根据稳定性判据来确定分频系数k₁、k₂、k₃的值：

步骤5：构造一个电压前馈环节G_v，来实现阻抗塑形；

步骤6：在变流器中加入步骤5构造的前馈环节G_v，进行变流器的控制。

进一步的，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1：建立风机变流器的控制器模型；采用定电流的控制方式，采用dq轴电流解耦的控制方法，采用矢量描述方法，控制器表达式为：

V_r＝-G_ciI+G_cpI

步骤1.2：将风机的直流侧电压视为恒定值，风机逆变器采用L型滤波器，得到滤波器的矢量表达式：

V_r-V_g＝Z₀I