[發(fā)明專利]弱電網(wǎng)下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障穿越期間的降階建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110474489.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN113193594A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬玉梅;朱東海;張梓欽;郭超;鄒旭東;康勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02P9/00;G06F30/18;H02P101/15
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 尹麗媛;李智

本發(fā)明公開了一種弱電網(wǎng)下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障穿越期間的降階建模方法，屬于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明以鎖相環(huán)輸出相角與并網(wǎng)點(diǎn)電壓相角的偏差角為慢變量，轉(zhuǎn)子電流為快變量，漏磁系數(shù)與轉(zhuǎn)子自感的乘積為奇異攝動(dòng)參數(shù)，從而將系統(tǒng)全階模型表達(dá)為多時(shí)間尺度下奇異攝動(dòng)模型的形式；并基于此，令奇異攝動(dòng)參數(shù)為零得到系統(tǒng)全階模型的極限慢系統(tǒng)模型，引入快時(shí)間尺度變量得到系統(tǒng)全階模型的極限快系統(tǒng)模型。如此，本發(fā)明采用多時(shí)間尺度法，通過對(duì)傳統(tǒng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的全階模型進(jìn)行降階簡(jiǎn)化，使得模型階數(shù)降低、通用性強(qiáng)、可充分反映故障期間系統(tǒng)的暫態(tài)特性，可極大簡(jiǎn)化雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在弱電網(wǎng)故障穿越期間的暫態(tài)建模和暫態(tài)分析過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種弱電網(wǎng)下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障穿越期間的降階建模方法。

背景技術(shù)

隨著電網(wǎng)中風(fēng)電滲透率的提高，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠在電網(wǎng)故障期間保證可靠運(yùn)行已經(jīng)成為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的必要條件，因此，電網(wǎng)故障期間，對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)暫態(tài)行為的研究對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。傳統(tǒng)的雙饋電機(jī)模型主要由風(fēng)機(jī)制造商及研究機(jī)構(gòu)提供，國際上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的風(fēng)機(jī)模型以GE公司的WECC風(fēng)機(jī)模型為主流，但WECC模型忽略了鎖相環(huán)的動(dòng)態(tài)，將風(fēng)機(jī)等效為受控電流源，僅模擬風(fēng)機(jī)對(duì)外的有功和無功電流，無法體現(xiàn)出功率不平衡情況下的風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)行為，且該模型主要用于模擬理想電網(wǎng)下的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況，現(xiàn)實(shí)中由于風(fēng)電場(chǎng)大多處于電網(wǎng)末端，一般工作于弱電網(wǎng)的工況下，現(xiàn)有模型無法對(duì)弱網(wǎng)及電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行模擬，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定性研究亟需一套暫態(tài)建模方案。

就雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的暫態(tài)建模而言，由于其高階、強(qiáng)耦合和非線性特性，模型的簡(jiǎn)化極其困難。對(duì)系統(tǒng)模型直接進(jìn)行降階會(huì)導(dǎo)致失去原系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行線性化處理在小擾動(dòng)穩(wěn)定性問題已經(jīng)有了非常成熟的應(yīng)用，但對(duì)電網(wǎng)故障這種大擾動(dòng)工況并不適用。現(xiàn)有的非線性研究方法以李雅普諾夫直接法為主導(dǎo)，通過李雅普諾夫能量函數(shù)的構(gòu)造將穩(wěn)定性問題轉(zhuǎn)化為比較函數(shù)與臨界值大小的關(guān)系，但雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型階數(shù)較高，能量函數(shù)的構(gòu)造十分復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明為解決現(xiàn)有雙饋電機(jī)模型無法反映電網(wǎng)故障期間動(dòng)態(tài)特性的不足，提出了一種弱電網(wǎng)下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障穿越期間的降階建模方法，既能夠描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，又易于后續(xù)進(jìn)一步能量函數(shù)的構(gòu)造，該故障穿越期間降階建模的方法有利于系統(tǒng)的暫態(tài)特性的描述。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種弱電網(wǎng)下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在故障穿越期間的降階建模方法，包括下述步驟：

S1：構(gòu)建描述雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的系統(tǒng)全階模型，所述系統(tǒng)全階模型包括弱電網(wǎng)模型、鎖相環(huán)模型、轉(zhuǎn)子電流環(huán)模型；

S2：將鎖相環(huán)輸出相角與并網(wǎng)點(diǎn)電壓相角的偏差角視作慢變量，轉(zhuǎn)子電流視作快變量，漏磁系數(shù)與轉(zhuǎn)子自感的乘積視作奇異攝動(dòng)參數(shù)ε，從而將所述系統(tǒng)全階模型表達(dá)為多時(shí)間尺度下奇異攝動(dòng)模型的形式；

S3：令奇異攝動(dòng)參數(shù)ε＝0時(shí)得到所述系統(tǒng)全階模型的極限慢系統(tǒng)模型；引入快時(shí)間尺度變量τ，得到所述系統(tǒng)全階模型的極限快系統(tǒng)模型，所述快時(shí)間尺度變量τ滿足ετ＝t，t為慢時(shí)間尺度變量；從而將所述系統(tǒng)全階模型等效為所述極限快系統(tǒng)模型和極限慢系統(tǒng)模型的組合。

進(jìn)一步地，步驟S1具體為：

S11：通過坐標(biāo)變換得到定子d軸電壓U_sd和q軸電壓U_sq、轉(zhuǎn)子d軸電流I_rd和q軸電流I_rq、電網(wǎng)d軸電壓U_gd和q軸電壓U_gq，從而建立所述弱電網(wǎng)模型：(L_s+L_g)U_s＝L_sU_g+L_mL_gI'_r+jω_sL_mL_gI_r；