[發明專利]基于自適應模式切換的雙饋風機數字物理混合仿真方法

有效

• 申請號: 201911341743.4
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111045329B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 王鶴;周鶴倫;邊競;李嘉帥;李國慶;于華楠;王振浩
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 白冬冬

一種基于自適應模式切換的雙饋風機數字物理混合仿真新方法，屬于新能源發電技術領域。本發明的目的是提出了利用小波神經網絡時間序列預測算法對延時（包括設備延時及計算延時）進行補償策略的基于自適應模式切換的雙饋風機數字物理混合仿真新方法。本發明步驟是：設計接口及其開關判據，動態阻抗實時匹配及延時補償，利用Morlet小波作為神盡元激勵函數，最后輸出學習結果，完成延時補償。本發明所提新型接口算法解決了數字物理混合仿真中，因風速波動造成傳統接口對電流諧波造成放大影響的問題，在面對勵磁沖擊電流的影響，接口穩定性和精確性均表現良好，能夠精確模擬雙饋風機接入對交流電網的影響。為實現風機并網系統數字物理混合仿真提供了技術支撐，具有較好的應用前景。

技術領域

本發明屬于新能源發電技術領域。

背景技術

風能是一種可再生、無污染且儲量巨大的清潔資源，全球范圍內一年產生的風能相當于耗煤所產生能量的一千多倍。隨著風力發電系統日趨龐大，風機并網仿真技術逐漸成為風力發電系統的重要部分之一。在風機的動態過程中，由于定子電壓及磁鏈的急劇變化，采用傳統忽略定子磁鏈變化的簡化風機模型無法達到精確控制的效果；動態物理模擬仿真則可以實現雙饋風機并網系統特性的真實模擬，但由于實驗成本等因素的限制，無法對整體風機組并網進行等效模擬。數字物理混合仿真，又稱功率硬件在環(powerhardware-in-the-loop， PHIL)仿真，結合了實時數字物理仿真和動態物理模擬仿真的優點，不僅能夠直觀地反映雙饋風機的并網運行特性，也可以對其動態過程進行設計分析，逐漸成為研究風機并網仿真的新方法。

接口算法是解決PHIL仿真系統穩定性和精確性問題的關鍵技術，理想變壓器模型(ideal transformer model，ITM)是PHIL仿真中較為常用的接口算法，其物理仿真系統具有較高的仿真精度，但數字仿真系統的精確性相對較差，且接口穩定性受限于數字側等效阻抗和物理側等效阻抗的大小關系，容易失穩。阻抗實時匹配的阻尼阻抗法(dampingimpedance method，DIM)具有較高的穩定裕度，且數字側仿真結果幾乎不受擾動和延時的影響，精確性要優于其他接口算法，但由其波特圖頻譜分析可以得知在受到電流沖擊等擾動時會放大諧波，且在阻抗匹配的過程中需要實時采集并傳輸風機轉速，然而由于I/O接口等設備及計算延時必然會造成等效阻抗延時的匹配，大幅降低接口精確性。

發明內容

本發明的目的是提出基于自適應模式切換以及小波神經網絡時間序列預測延時補償的雙饋風機數字物理混合仿真新方法。

本發明步驟是：

(1)設計功率接口及其開關判據

在功率接口數字側添加接地濾波器Z_k，在風機起動以及并網等動態過程中保持開關閉合，感性濾波器接入電路；在風機達到穩態運行后開關斷開，濾波器切離功率接口。

對風機定子三相電流進行快速傅里葉變換，提取電流中的非周期分量即直流分量，并獲得直流分量含有率δ_DC，設定δ_DC作為衡量系統臨界穩態判斷的指標：

(2)物理側動態阻抗實時匹配

求取定轉子電壓方程：

U_s＝R_sI_s+jω₁ψ_s

U_r＝R_rI_r+jsω₁ψ_r