[發明專利]基于擴展諧波域模型的風力發電系統輸出監測方法及系統

有效

• 申請號: 202010548069.3
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111641229B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 孫媛媛;許慶燊;李亞輝;王慶巖;路彤;莊靜茹
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/01
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 閆圣娟

1.基于擴展諧波域模型的風力發電系統輸出監測方法，其特征是，包括如下步驟：

分別針對風力發電機、變換器的網側系統和直流母線建立時域模型；

分別獲取風力發電機、變換器的網側系統和直流母線的電氣參數數據；

針對建立的時域模型，通過矢量變換以及頻域定常化，根據獲取的電氣參數數據分別針對風力發電機、變換器的網側系統和直流母線建立擴展諧波域模型；

針對風力發電機建立基于擴展諧波域的雙饋異步發電機動態模型的方法，包括如下步驟：

根據雙饋異步發電機的dq等效電路模型，以定子電流和轉子電流為狀態量，以定子電壓和轉子電壓為輸入量，建立雙饋異步發電機的狀態空間方程，具體為：

式中，ω_m是發電機轉子電角頻率，ω_s是發電機定子角頻率，是ω_s的托普利茲矩陣形式，i_ds和i_qs分別是定子電流的d軸和q軸分量；i_dr和i_qr分別是轉子電流的d軸和q軸分量；R_s為發電機定子電阻，R_r為發電機轉子電阻，L_s、L_r、L_m分別為發電機定子電感、轉子電感和勵磁電感；v_ds和v_qs分別是定子電壓的d軸和q軸的分量；v_dr和v_qr分別是轉子電壓的d軸和q軸分量；

根據雙饋異步發電機的狀態空間方程和擴展諧波域核心方程，采用頻域定常化方法獲得雙饋異步發電機的擴展諧波域動態模型；

獲取風力發電機的電氣參數數據，確定雙饋異步發電機的諧波狀態空間模型的系數，建立最終的雙饋異步發電機的諧波狀態空間模型；

針對背靠背變換器網側系統建立基于擴展諧波域的變換器網側動態模型的方法，包括如下步驟：

根據網側系統等效電路模型及理想雙向開關函數，建立網側變換器模型，以及網側變換器連接到電網的三相感性濾波器模型；

對網側變換器模型和三相感性濾波器模型中的三相變量進行矢量變換，然后整合為同步旋轉坐標系中網側系統以狀態空間方程形式描述的動態數學模型；

采用頻域定常化方法將網側系統的狀態空間方程轉化至擴展諧波域中；

針對直流母線建立基于擴展諧波域的變換器直流母線動態模型的方法，如下：

根據理想雙向開關函數及兩電平拓撲背靠背變換器，獲得直流母線的直流輸入和直流輸出關系；獲取直流母線的電容參數，建立直流母線的動態數學模型；將轉子變量通過逆旋轉變換轉換到定子坐標系中，對三相變量進行矢量變換，建立同步旋轉坐標系中直流母線的狀態空間方程；

以直流母線電容電壓為狀態量，根據擴展諧波源核心方程，在原狀態空間方程的左側新增狀態量的微分項；對直流母線的狀態空間方程中的各狀態量和輸入量采用雙邊傅里葉分解成為諧波空間矢量，獲得背靠背變換器直流母線的諧波狀態空間模型，即獲得擴展諧波域的變換器直流母線動態模型，表示為：

式中，和幅值相等，相位相反，分別代表直流母線上兩個電容的對地電壓；C₁、C₂為直流母線上大小相等的對地電容；理想雙向開關函數分別表示網側變換器A、B、C三相上下橋臂的開關狀態；理想雙向開關函數分別表示轉子側變換器A、B、C三相上下橋臂的開關狀態；I_dg和I_qg分別對應網側變換器輸入電網的電流的d軸和q軸的分量；I_dr和I_qr分別對應轉子輸入轉子側變換器的電流的d軸和q軸的分量；C_3/2是將abc三相坐標系變量轉換到dq坐標系的變換矩陣，上標-1表示逆矩陣；M^-1是旋轉變換矩陣的逆；

整合建立的擴展諧波域模型，以電機定子端電壓為輸入，輸出為電機定子電流、轉子電流、網側電流和變換器中直流母線電壓的各次諧波分量，得到雙饋異步風力發電機的整體擴展諧波域動態模型，具體表示為：

其中，系數矩陣中各元素表達式分別表示為：

利用所述整體擴展諧波域動態模型對風力發電系統的輸出狀態進行監測。