[發明專利]基于雙同步旋轉坐標系的全功率風力發電系統的建模方法

有效

• 申請號: 202011056354.X
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112350364B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 劉芳;劉世權;李研;徐韞鈺;王佳寧;劉威
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明公開了一種基于基于雙同步旋轉坐標系的全功率風力發電系統的建模方法，屬于電力電子穩定性控制領域。尤其適用于變流器模組輸入輸出并聯的直驅型全功率風力發電系統在雙dq坐標系下建模方法。該建模方法包括采樣，并建立了雙dq坐標系下的7個模型。即通過改變傳統的單dq建模方法，采用雙dq控制方法建立直驅型全功率風力發電系統等效數學模型。而且建模過程是基于變流器模組并聯得到的，不僅符合當下大功率風電變流器提高功率容量的方式，而且也能適用單模組變流器的情形，建模過程具有極強的適應性，更加貼近實際，大大簡化了運算過程和系統維數，具有創新意義。

技術領域

本發明涉及一種全功率風力發電系統建模方法，尤其是一種基于變流器模組輸入輸出并聯的直驅型全功率風力發電系統在雙dq坐標系下建模方法。

背景技術

近年來，隨著能源的短缺與環境的惡化，風電、光伏等新能源得以迅猛發展，新能源在電網中的比例日益上升，逐漸形成了高比例新能源并網發電的電力系統格局。目前，作為變速恒頻風力發電系統主流機型的直驅式全功率型風力發電系統，相對于雙饋機組，永磁直驅式風力發電系統定子側直接與背靠背PWM變流器相連，實現了發電機與電網的隔離，提高了直驅式永磁同步發電系統的低電壓穿越能力，同時沒有齒輪箱、電刷和滑環，增加了系統的可靠性。同時它采用背靠背PWM變流器，不僅易于實現變速恒頻運行，并且易于實現功率解耦控制，使其成為當下研究的熱點。隨著風電并網在電網中的占比增多，特別是大區互聯電網的出現和逐漸擴大，小干擾穩定性日益突出。這在高比例新能源并網的電力系統中會弱化系統的控制性能，給系統的安全穩定運行帶來巨大壓力和挑戰。為此，很多專家學者提出了基于特征根的小信號分析方法來分析風力發電系統的小擾動穩定性問題。其中建立整個系統的小信號模型并進行仿真分析是重要的研究手段之一。

題為《基于小信號模型的永磁直驅風電系統特征值靈敏度分析》(向如意,楊金明,王林,余情,楊小斌.基于小信號模型的永磁直驅風電系統特征值靈敏度分析[J].電網與清潔能源,2015,31(05):94-101.)的文章建立了控制器理想輸出時和基于背靠背PWM變流器的雙閉環控制下的永磁直驅風電系統的小信號模型，并進行特征值靈敏度分析，為控制器的優化配置提供了理論支持。但并未指出控制器參數詳細的優化方向。

題為《永磁風力發電機組小擾動穩定性分析》(馮闖.永磁風力發電機組小擾動穩定性分析[D].湖南大學,2013.)的文章推導了永磁風力發電機組完整的小信號模型，通過特征根分析法分析了永磁風力發電機組的振蕩模式及其產生的機理，并給出了相應的解決方案提高永磁同步風力發電機組的阻尼，以此提高系統的穩定性。但建模過程中并未考慮鎖相環的影響。

題為《直驅永磁型風電系統的小擾動穩定性分析》(李軍軍,吳政球,譚勛瓊.直驅永磁型風電系統的小擾動穩定性分析[J].電力系統及其自動化學報,2012,24(05):49-57.)的文章建立了基于雙PWM變換器的直驅永磁型風電系統的小擾動穩定性分析數學模型,研究了風電系統并網后不同參數變化對電力系統穩定性的影響。得出了若要保證系統具有較好的小擾動穩定性，線路電感不宜過大；直流電容要取值合適；母線電壓可適當提高；增加漿距角調節機構，以保證系統在額定風速以上能安全地運行，為直驅永磁型風電并網安全穩定運行提供了可借鑒的理論依據。但是不僅在建模過程中沒有考慮鎖相環對系統的影響，而且其提高系統穩定性的方法主要是更改主電路的參數，這使得系統成本大幅增加，不利于大規模推廣，具有一定的局限性。

題為《基于小擾動穩定分析的并網直驅永磁風電系統建模優化和仿真》(楊昆,楊秀.基于小擾動穩定分析的并網直驅永磁風電系統建模優化和仿真[J].華東電力,2014,42(10):2028-2033.)的文章建立了完整的風力發電系統小擾動模型,包括風輪機、永磁同步發電機、AC/DC控制器、L型濾波器、DC/AC控制器和直流側電容，用特征值分析法分析研究了永磁直驅風力發電機接入無窮大電網的穩定性問題。但是僅在強電網下的一個穩態工作點進行了小干擾穩定性研究，且并未給出影響穩定性的因素。