[發明專利]考慮功率控制的永磁同步風機接入弱電網穩定性分析方法

有效

• 申請號: 202110451859.4
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN112994111B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 于淼;劉佳寧;陸玲霞;韋巍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06F111/10;G06F113/04;G06F119/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明涉及一種考慮功率控制影響的永磁同步風機接入弱電網穩定性分析方法。新能源發電多采用擾動觀察法進行最大功率跟蹤，其中的非線性不連續環節導致穩定性分析困難。本發明基于描述函數法分析了永磁同步風機接入弱電網系統的穩定性，充分考慮了功率環中的非線性不連續環節，使分析結果更加精確。同時，描述函數法是一種可以量化地計算振蕩功率和幅值的方法，本發明所述分析方法可為振蕩抑制及控制器設計提供有力良好參照。

技術領域

本發明涉及一種考慮功率控制影響的永磁同步風機接入弱電網穩定性分析方法，屬于電力系統中新能源發電系統穩定性分析領域。

背景技術

可再生能源發電占比不斷提升，風力發電裝機容量持續增長，風機并網系統的穩定運行成為重要問題。永磁同步風電機組(PMSG)具有能量轉換效率高、運行可靠性好、可控性強的優勢，裝機占比持續提高。為了更好地利用風能，必須采用合適的最大功率跟蹤算法，其中擾動觀察法無需測量風速，具有較好的實用價值。然而，擾動觀察法隱含非線性不連續環節，導致傳統的小信號穩定性分析方法難以適用，常規的穩定性分析方法一般忽視基于擾動觀察法的功率控制環。描述函數法可以很好地完成非線性環節建模和系統的穩定性分析，其基本思想是，當系統滿足一定假設條件時，在正弦輸入作用下，系統非線性環節的輸出可用一次諧波分量來近似表示，從而獲得非線性環節的近似等效頻率特性。因此，本發明基于描述函數法提出一種考慮功率控制影響的永磁同步風機接入弱電網穩定性分析方法，充分考慮功率環中的非線性環節，提高穩定性分析的精確性。

發明內容

本發明旨在提出一種考慮功率控制影響的永磁同步風機接入弱電網穩定性分析方法。所述永磁同步風機包括風力機、發電機、機側變流器、直流電容、網側變流器、濾波器、機側變流器控制器和網側變流器控制器。機側變流器控制器中，包含功率環，轉速環，機側電流環；網側變流器控制器中，包含電壓環和網側電流環。

本發明采用如下技術方案：

步驟一：獲取永磁同步風機的主要參數，分別建立風力機、發電機及機側變流器、機側變流器控制器、直流電容、網側變流器及濾波器、網側變流器控制器的數學模型，并在dq坐標系下進行線性化，計算穩態運行參數，得到風力機、發電機及機側變流器、機側變流器控制器、直流電容、網側變流器及濾波器、網側變流器控制器的小信號模型。

步驟二：基于描述函數法，對機側變流器控制器中的功率環進行建模，其數學表達式為

其中，ε為功率環擾動步長，T_p為功率環控制周期，P^ref為永磁同步風機輸出功率參考值，P表示永磁同步風機輸出功率，P_n為當前采樣時刻n的永磁同步風機輸出功率，P_n-1為上一采樣時刻永磁同步風機輸出功率，ω_g表示發電機轉速，表示發電機轉速的參考值，ω_g，n為當前采樣時刻發電機轉速，ω_g，n-1為上一采樣時刻發電機轉速。sgn(x)為符號函數，當x≥0時，sgn(x)＝1，當x＜0時，sgn(x)＝-1。考慮實際永磁同步風機的功率-轉速曲線，可以認為

其中，ω_mpp表示最大功率點處的發電機轉速。進而功率環模型可簡化為

式中的符號函數可以采用描述函數進行建模，其描述函數為

式中A表示輸入信號的幅值。

步驟三：考慮交流弱電網影響，將弱電網、功率環模小信號模型的線性部分與步驟一中建立的永磁同步風機小信號模型聯立，推導系統線性部分的傳遞函數G(s)。