[發明專利]建立通用風力發電機組動態仿真模型的方法

有效

• 申請號: 201310421434.4
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103455688A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 劉云;李曉輝;李國棟;王旭東;劉亞麗;胡曉輝
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網天津市電力公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

技術領域

本發明屬于電力系統電能質量分析技術領域，尤其是一種建立通用風力發電機組動態仿真模型的方法。

背景技術

由于風電發電與傳統發電方式相比，風速具有不可預測性，處于不斷變化中，因此風力發電機提供給電網的風能也具有隨機性和波動性，且難以調節。隨著風電場的容量在系統中所占的比例不斷增加，風力發電對系統的影響將越來越顯著。這種隨機的較難預測的、不斷變化的風能饋入電網將給電網的電能質量造成不可忽略的影響。傳統的仿真平臺缺乏能夠描述風力發電機組隨機動態行為的有效模型，不能對風電機組對電網電能質量的影響進行仿真。

風電等新能源大規模接入和高速鐵路的快速發展，引入大量含逆變器等電力電子裝置的隨機波動性電源和負荷，給傳統的基于電磁感應電力機械的電網帶來眾多的瞬態干擾源。相比電磁感應機械（發電機、電動機、變壓器等），基于電力電子器件的電能變換裝置承受電壓變化的動態范圍小，過載能力低，對電網電能質量要求高。傳統的電力分析程序基于常規電氣元件開發的模型不足以精細模擬復雜負荷環境下風電機組的動態行為，缺乏深入研究現代電網環境下影響電網電能質量的有效工具。

傳統的仿真軟件通常使用經典的異步發電機替代風力發電機組的仿真模型，雖然能夠在一定程度上反應風電機組的運行特性，但在研究風電與復雜負荷條件下電網的相互影響等相關的電能質量問題方面存在很大不足。特別是在國內電氣化鐵路接入電網，引入沖擊性隨機負荷的條件下，不足以模擬電網諧波、電壓波動和閃變、頻率波動引起的風電機組動態行為。也無法模擬隨機波動的風電輸出功率對電網的影響。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種建立通用風力發電機組動態仿真模型的方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種建立通用風力發電機組動態仿真模型的方法，方法包括步驟有：

(1)建立包含基本風、陣風、漸變風、噪聲風及現場記錄風速的風速模型；

(2)建立多質量塊風機和傳動系統模型；

(3)建立含轉子側交流-直流-交流變換逆變器的雙饋感應發電機模型；

(4)建立對偏航系統、風力機槳距角和發電機轉子電流進行調整的控制系統模型。

而且，所述步驟（1）建立風速模型的具體方法為：記錄整理基本風、陣風、漸變風、噪聲風的典型波形數據，以及現場記錄風速數據，構成風況數據庫，生成可供選擇的多種類型風速模型，風速模型可以模擬基本風、陣風、漸變風、噪聲風，實現風速模式選擇與風速參數設定，實現風場錄入數據波形回放。

而且，所述步驟（2）建立多質量塊風機和傳動系統模型的具體方法為：根據輸入的風速、偏航角、槳距角、發電機轉速，構造風能利用系數表，通過風能利用系數表建立多質量塊風機和傳動系統模型，輸出軸端機械出力，模擬風力機的非線性能量轉換特性。

而且，所述步驟（3）建立含轉子側交流-直流-交流變換逆變器的雙饋感應發電機模型的具體方法為：將風力機輸入的機械功率，轉換為電網的有功功率輸出，并在轉子逆變器PWM脈沖信號的作用下，控制發電機的轉速和無功功率輸出，實現機械功率到電磁功率的轉換，模擬撬杠保護特性，模擬逆變器的開關動態特性和瞬態過程。

而且，所述步驟（4）建立控制系統模型的具體方法為，通過轉子磁鏈矢量控制生成轉子側逆變器PWM控制信號，根據直流電容電壓設定值和交流端無功輸出值，生成定子側逆變器PWM控制信號，按照最大風功率跟蹤法則生成偏航角和槳距角控制信號，實現對轉子側逆變器的開關狀態控制、偏航系統控制、風力機槳距角控制。

本發明的優點和積極效果是：

本發明的風力發電機組動態仿真模型解決了現階段電網發展過程中對新能源接入引入的隨機波動性電源的動態模型需求，為解決帶有沖擊性負荷的電鐵接入系統與風電場的影響提供了有效工具。通過仿真模擬分析復雜電網絡環境下電力系統的動態運行特性，為提高電網供電質量，改進風電機組設計制造和參數整定，增強電網的運行可靠性，提供了參考依據。

附圖說明

圖1本發明方法的模型結構圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述，需要強調的是，以下實施方式是說明性的，而不是限定性的，不能以此實施方式作為對本發明的限定。

一種建立通用風力發電機組動態仿真模型的方法，本發明從物理建模的角度出發，建立通用的PSCAD平臺風電機組仿真模型，如圖1所示，該方法包括步驟如下：