[發明專利]基于PWM的直驅式風機的簡化方法及系統

有效

• 申請號: 201811308514.8
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109450316B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 張迪;袁賽軍;擺存曦;劉騰飛;趙曉東;郝治國;李旭濤
• 申請（專利權）人: 國網寧夏電力有限公司電力科學研究院;西安交通大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P27/08
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 翟磊

本發明公開了一種基于PWM的直驅式風機的簡化方法及系統，所述簡化方法包括：識別直驅式風機系統的原始模型中的組成部件；以機側受控電壓源和機側受控電流源替換模擬原始模型中的機側變流器、以網側受控電壓源和網側受控電流源替換模擬原始模型中的網側變流器、以及為原始模型中的直流母線增設直流卸荷保護電路，形成簡化系統模型。本發明通過利用機側受控源和網側受控源模擬機側變流器和網側變流器，極大的簡化了風機系統，提升了系統仿真驗證效率，并且在系統模型中保留了直流母線，有效還原了風機系統在實際運行過程中的可能產生的過壓、過流等瞬時狀態，保障了系統模型的有效性，再有通過設置直流卸荷保護電路提高了系統模型的可靠性和穩定性。

技術領域

本發明屬于風電系統技術領域，尤其涉及一種基于PWM的直驅式風機的簡化方法及系統。

背景技術

目前直驅式風力發電機在新能源發電領域中獲得了十分廣泛的應用，研究其電磁暫態特性對保障電力系統穩定有著重要意義。而電磁暫態仿真軟件的仿真速度主要取決于以下兩個因素：模型節點數與仿真計算步長。其中模型節點數取決于主回路中元器件和控制回路控制器件的數量，仿真計算步長取決于模型仿真精度要求。

現有集中式接入的風電場一般由上百臺風機組成，如果對每臺風機都采用詳細模型建模，雖然可以比較精確的反應風電場接入對電網動、靜態特性的影響，但是由于現有的新能源機組都大量的采用了采用PWM調制技術的全控型變流器與系統相連，為了準確模擬全控期間開斷過程對交流和直流側暫態過程的影響，仿真步長通常小于10μs，對于大型并網的新能源場站，會導致仿真中出現維數災的問題，計算量將隨著仿真機組臺數的增長成幾何倍數增長，不光計算量非常大，并且也很難得到準確的解。

發明內容

有鑒于此，本發明的一個目的是提出一種基于PWM的直驅式風機系統的簡化方法，以解決現有技術中仿真效率較低的問題。

在一些說明性實施例中，所述基于PWM的直驅式風機系統的簡化方法，包括：識別直驅式風機系統的原始模型中的組成部件；以機側受控電壓源和機側受控電流源替換模擬所述原始模型中的機側變流器、以網側受控電壓源和網側受控電流源替換模擬所述原始模型中的網側變流器、以及為所述原始模型中的直流母線增設直流卸荷保護電路，形成簡化系統模型；所述簡化系統模型中包括：風機模型、發電機模型、含直流卸荷保護電路的直流母線模型、機側平波阻抗模型、網側平波阻抗模型、無窮大電網、以及機側受控源和網側受控源；

其中，所述風機模型與所述發電機模型相連、所述發電機模型通過機側平波阻抗模型和機側受控源與直流母線模型相連、所述直流母線模型通過所述網側受控源和網側平波阻抗模型與無窮大電網相連；

所述簡化系統模型中替換模擬機側變流器的機側受控電壓源滿足如下數學模型：

其中，u_sa、u_sb、u_sc分別表示發電機機端的三相電壓，L_sa、L_sb、L_sc分別表示三相電感，R_sa、R_sb、R_sc分別表示三相阻抗，i_sa、i_sb、i_sc分別表示三相電流，S_sa、S_sb、S_sc分別變流器三個橋臂的開斷信號，1表示上橋臂通，U_dc表示直流母線電壓，C表示直流電容值，i_load表示網側變流器直流側電流；

所述簡化系統模型中機側受控電壓源模擬機側變流器交流側電壓，應滿足如下數學模型：

其中，v_sa、v_sb、v_sc分別表示變流器交流側電壓；