[發明專利]基于數字孿生模擬的DFIG風電場次同步振蕩抑制方法

有效

• 申請號: 202110349423.4
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113193589B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 王立國;陳建華;劉涵宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02J3/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發明公開了一種基于數字孿生模擬的DFIG風電場次同步振蕩抑制方法，所述方法通過數字孿生系統明確定量切除風電場風機來解決由次同步振蕩引起的并網系統跳閘保護問題，建立以現場實測數據為聯系紐帶的實際風機與虛擬風機映射關系的數字孿生體系，突出實際風機等值參數在線辨識、虛擬風機次同步振蕩機理分析及實際風電場次同步振蕩優化控制。本發明采用數字孿生理論在線分析導致系統出現異動的次同步及低頻振蕩發生機理并加以抑制，無需知道每一臺DFIG的自身參數，只需根據35kV側實測電壓、電流及34臺風機的等效轉子電壓、電流及轉矩參數即可實現風電場等值風機的等效參數在線辨識。

技術領域

本發明屬于電力電子技術與系統控制相結合的應用基礎技術領域，涉及一種基于數字孿生模擬的DFIG風電場次同步振蕩抑制方法。

背景技術

在對雙饋風電場次同步振蕩(sub-synchronous oscillation，SSO)機理進行分析時，實時性與精確性為該領域的技術瓶頸之一，具體表現如下：①因雙饋風機(doubly-fedinduction generator，DFIG)自身參數不明晰或發生攝動而導致分析效果產生偏差；②現有的方法離線分析較多，可進行在線振蕩機理分析的方法較少；③次同步振蕩頻率自身存在攝動，如Texas為20Hz左右(2009)、Buffalo Ridge為9～13Hz(2011)、我國華北沽源為6～8Hz(2012)等。目前次同步振蕩問題已經成為制約風能入網的主要原因，例如我國新疆哈密、青豫、張北等風電基地因頻繁發生次/超同步振蕩問題導致切除風電問題。因此亟待研究一種可進行DFIG次同步振蕩機理在線分析與控制的可行方法。

數字孿生((Digital Twin，DT)理論的提出可為DFIG次同步振蕩實時分析提供解決思路。數字孿生實質在于對于物理世界中的物體，通過數字化的手段來構建一個與數字世界中一模一樣的實體，借此來實現對物理實體的分析和優化。數字孿生理論自問世以來已在航天器智能試驗及掘進機虛擬操控等領域得到應用，在智能電網領域則以美國AEP(American Electric Power)、芬蘭Fingrid及德國Siemens為代表，核心在于基于電網建模、在線量測數據、歷史運行數據，并集成電氣、計算機等多學科知識進行的多物理量、多時空尺度的仿真，通過在虛擬空間中完成對實際電網的映射。數字孿生理論的上述特點為將其應用于DFIG次同步振蕩在線模擬奠定了方法基礎。

發明內容

本發明的目的是通過數字孿生系統明確定量切除風電場風機來解決由次同步振蕩引起的并網系統跳閘保護問題，建立以現場實測數據為聯系紐帶的實際風機與虛擬風機映射關系的數字孿生體系，突出實際風機等值參數在線辨識、虛擬風機次同步振蕩機理分析及實際風電場次同步振蕩優化控制，從而提出一種基于數字孿生模擬的DFIG風電場次同步振蕩抑制方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于數字孿生模擬的DFIG風電場次同步振蕩抑制方法，包括如下步驟：

步驟一：建立風電場風機并網拓撲；

步驟二：明確實測參數與辨識參數，并對風電場單臺DFIG進行24小時實時監測，采樣周期為0.1ms，得到實測數據隨時間變化的曲線，其中：實測參數包括風機定子電壓u_s、風機定子電流i_s、風機轉子電壓u_r、風機轉子電流i_r、風機同步角速度ω_s、風機轉子角速度ω_r、風機電磁轉矩T_e，辨識參數包括風機定子電阻R_s、風機定子自感L_s、風機轉子電阻R_r、風機轉子自感L_r、風機定轉子互感L_m；

步驟三：通過DFIG動態特性的方程將實測參數與辨識參數聯系起來，得到辨識參數相關的五元二次代數方程組，并通過差分方程對辨識參數進行求解；