[发明专利]基于数字孪生模拟的DFIG风电场次同步振荡抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生模拟的DFIG风电场次同步振荡抑制方法，所述方法通过数字孪生系统明确定量切除风电场风机来解决由次同步振荡引起的并网系统跳闸保护问题，建立以现场实测数据为联系纽带的实际风机与虚拟风机映射关系的数字孪生体系，突出实际风机等值参数在线辨识、虚拟风机次同步振荡机理分析及实际风电场次同步振荡优化控制。本发明采用数字孪生理论在线分析导致系统出现异动的次同步及低频振荡发生机理并加以抑制，无需知道每一台DFIG的自身参数，只需根据35kV侧实测电压、电流及34台风机的等效转子电压、电流及转矩参数即可实现风电场等值风机的等效参数在线辨识。

技术领域

本发明属于电力电子技术与系统控制相结合的应用基础技术领域，涉及一种基于数字孪生模拟的DFIG风电场次同步振荡抑制方法。

背景技术

在对双馈风电场次同步振荡(sub-synchronous oscillation，SSO)机理进行分析时，实时性与精确性为该领域的技术瓶颈之一，具体表现如下：①因双馈风机(doubly-fedinduction generator，DFIG)自身参数不明晰或发生摄动而导致分析效果产生偏差；②现有的方法离线分析较多，可进行在线振荡机理分析的方法较少；③次同步振荡频率自身存在摄动，如Texas为20Hz左右(2009)、Buffalo Ridge为9～13Hz(2011)、我国华北沽源为6～8Hz(2012)等。目前次同步振荡问题已经成为制约风能入网的主要原因，例如我国新疆哈密、青豫、张北等风电基地因频繁发生次/超同步振荡问题导致切除风电问题。因此亟待研究一种可进行DFIG次同步振荡机理在线分析与控制的可行方法。

数字孪生((Digital Twin，DT)理论的提出可为DFIG次同步振荡实时分析提供解决思路。数字孪生实质在于对于物理世界中的物体，通过数字化的手段来构建一个与数字世界中一模一样的实体，借此来实现对物理实体的分析和优化。数字孪生理论自问世以来已在航天器智能试验及掘进机虚拟操控等领域得到应用，在智能电网领域则以美国AEP(American Electric Power)、芬兰Fingrid及德国Siemens为代表，核心在于基于电网建模、在线量测数据、历史运行数据，并集成电气、计算机等多学科知识进行的多物理量、多时空尺度的仿真，通过在虚拟空间中完成对实际电网的映射。数字孪生理论的上述特点为将其应用于DFIG次同步振荡在线模拟奠定了方法基础。

发明内容

本发明的目的是通过数字孪生系统明确定量切除风电场风机来解决由次同步振荡引起的并网系统跳闸保护问题，建立以现场实测数据为联系纽带的实际风机与虚拟风机映射关系的数字孪生体系，突出实际风机等值参数在线辨识、虚拟风机次同步振荡机理分析及实际风电场次同步振荡优化控制，从而提出一种基于数字孪生模拟的DFIG风电场次同步振荡抑制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于数字孪生模拟的DFIG风电场次同步振荡抑制方法，包括如下步骤：

步骤一：建立风电场风机并网拓扑；

步骤二：明确实测参数与辨识参数，并对风电场单台DFIG进行24小时实时监测，采样周期为0.1ms，得到实测数据随时间变化的曲线，其中：实测参数包括风机定子电压u_s、风机定子电流i_s、风机转子电压u_r、风机转子电流i_r、风机同步角速度ω_s、风机转子角速度ω_r、风机电磁转矩T_e，辨识参数包括风机定子电阻R_s、风机定子自感L_s、风机转子电阻R_r、风机转子自感L_r、风机定转子互感L_m；

步骤三：通过DFIG动态特性的方程将实测参数与辨识参数联系起来，得到辨识参数相关的五元二次代数方程组，并通过差分方程对辨识参数进行求解；