[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

本公開提出了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，其中，動態模型包括：分別針對風力發電機、背靠背變換器的網側系統和直流母線建立基于擴展諧波域的雙饋異步發電機動態模型、基于擴展諧波域的變換器網側系統動態模型和基于擴展諧波域的變換器直流母線動態模型。同時還將變換器兩側的開關函數產生的諧波含量考慮在網側系統和直流母線的擴展諧波域模型中。將發電機、背靠背變換器的網側系統和直流母線共三個子模型合并為一個諧波狀態空間方程，得到雙饋風力發電系統的擴展諧波域模型，實現了對發電機定轉子電流的動態跟蹤，不僅能精準表征基頻電流的變化，亦可用于分析高倍頻定子諧波電流特征，達到監測和準確評估的目的。

技術領域

本公開涉及風力發電相關技術領域，具體的說，是涉及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。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，并不必然構成在先技術。

為緩解能源危機，減輕環境污染，可再生能源發電迅速崛起。風電作為中國第三大電源，雙饋異步風力發電機(Doubly-Fed Induction Generator，DFIG)是并網風機中的主流機型。風速變化具有的隨機性、間歇性特點導致電能輸出不穩定，因此風力發電并網時需接入大量電力電子裝置以控制輸出電能符合并網標準。而電力電子裝置的應用同時引入了高頻次、寬頻域的不確定性諧波電流，當發電機定子電壓和電流中含有諧波分量時，會使定子輸出有功功率和無功功率發生脈動，易誘發風機與電網的振蕩、瞬時諧波相互作用和電壓閃變等復雜問題，嚴重時導致風機解列，影響電網安全穩定運行。雙饋風力發電系統內部諧波的影響因素眾多，包括電網背景諧波、電力電子器件調制等，要準確把握雙饋風機的諧波輸出特征，首先要建立精確的風機動態模型，分析其內部的暫態變化過程，獲知電機諧波電流的連續時間域的變化情況以及可能的暫態不安全行為，為進一步研究風機與電網間的諧波相互作用提供理論基礎，并為后續設計濾波器和改善控制策略提供模型基礎。

國內外學者在建立雙饋風力發電系統的動態模型方面已有一定研究，分析風機并網點諧波特性主要運用時域仿真方法，量化不同出力和風況下的諧波變化，并給出風機并網點的諧波頻譜。對于雙饋風力發電機，發電機模型的選擇影響定子電流計算的精度。然而雙饋風力發電系統復雜的系統構造和控制策略制約了模型精度，大部分動態模型對風機進行了不同程度的簡化，常基于簡化的背靠背變換器建立風機的平均值模型。發明人發現，簡化背靠背變換器，忽略開關調制過程，會導致模型分析諧波的準確度降低，同時對風機運行的暫態過程及其控制的把握也會有偏差。同時，現有平均模型一般應用于連續時不變系統，不滿足跟蹤系統內各變量的動態變化的要求。另一方面，現有的風機通用平均模型通過dq坐標變換，使基頻成分在dq坐標系下轉換為直流量，但是單一的dq變換無法顧及到其他穩態諧波，應用于分析諧波特性計算量較大。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了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，擴展諧波域模型考慮了雙饋異步發電機定子電壓、定子電流、轉子電壓和轉子電流的各次諧波的狀態空間模型，既適用于表征暫態情況下的諧波動態，又可用于分析穩態情況下發電機定子輸出電流的諧波特征，達到監測和準確評估的目的。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

一個或多個實施例提供了基于擴展諧波域模型的風力發電系統輸出監測方法，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；