[發明專利]基于復轉矩系數法的直驅風電場頻域阻尼系數分析方法

在審

• 申請號: 202111133106.5
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113849981A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 董雪濤;翟文超;嚴干貴;劉震;朱子民;祁曉笑;孫冰;段玉;王小云;段青熙;唐君毅;張媛;李志杰
• 申請（專利權）人: 國網新疆電力有限公司電力科學研究院;東北電力大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/06
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

本發明基于復轉矩系數法的直驅風電場頻域阻尼系數分析方法，基于傳統復轉矩系數法，對于任意可以抽象成“單輸入?單輸出”結構的系統，為揭示其內在穩定機理及影響因素，將復轉矩系數分析法進一步推廣成一般化形式，通過研究子系統間的交互作用，分析控制系統的動態過程及運行工況對振蕩特性的影響，揭示系統阻尼對直驅風電場并網系統穩定影響機理；清楚、定量闡述風電場負阻尼失穩機理，有效地解決了以往研究方法僅定性而不能定量的問題，具有科學合理，適用性好，機理清晰等優點。

技術領域

本發明涉及電力輸送技術領域，是一種基于復轉矩系數法的直驅風電場頻域阻尼系數分析方法。

背景技術

風電場一般包括數十臺乃至數千臺風電機，所述的風電機不僅類型多樣，而且控制參數各異，集電線路也相對復雜。由于風力發電大規模接入電網，電力系統呈現高比例新能源發電與高比例電子化設備的特征，即“雙高”電力系統，其運行安全面臨諸多新問題，因此對風電場的振蕩特性分析亟待解決。

復轉矩系數法基本原理是將同步發電機組的電氣和機械部分劃為獨立模塊，機械子系統和電氣子系統可以單獨分析輸入、輸出特性，將兩個子系統分別線性化以后，兩個子系統僅通過兩個變量耦合，即發電機的轉子位置角擾動量Δδ和電磁轉矩擾動量ΔTe，用2個復轉矩系數分別表示電力系統發生次同步振蕩時的等效電氣轉矩和等效機械轉矩。其中，復轉矩系數的實部表示轉矩的等效彈性系數，虛部表示轉矩的等效阻尼系數，通過對這些系數進行頻率掃描和數值分析，判斷系統在扭振頻率下是否存在振蕩風險。傳統復轉矩系數法適用于“SISO”系統，將系統抽象成“單輸入-單輸出”結構，能夠給出任一待研究頻段上系統的阻尼特性，揭示系統參數對其穩定性的影響規律，分析控制系統的動態過程及運行工況對振蕩特性的影響。隨著新能源大范圍接入電力系統，上述分析方法面臨著適應性差等問題。

在現有技術中，傳統的復轉矩系數法只適用于單機對固定頻率電源系統，而不適用于多機系統，模式分析法可定量評估系統的穩定性，但當待研究系統的規模較大時，該方法將面臨“維數災”問題，且不能給出清晰的物理機理解釋；而阻抗分析法具有對大規模電網分析的靈活性和可移植性的優勢，但其得到的阻抗矩陣是二維矩陣，不能進行定量分析。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的技術問題，創造性構思了一種基于復轉矩系數法的直驅風電場頻域阻尼系數分析方法，通過研究子系統間的交互作用，分析控制系統的動態過程及運行工況對振蕩特性的影響，揭示系統阻尼對直驅風電場并網系統穩定影響機理。

實現本發明所采用的技術方案是：一種基于復轉矩系數法的直驅風電場頻域阻尼系數分析方法，其特征是，它包括以下步驟：

1)構建風電場接入交流系統的仿真模型，仿真模型由直驅風電場、電網兩部分構成：

①直驅風電場建模：

直驅風電場采用單機倍乘模型，等效為n臺運行工況與控制參數均相同的1.5MW直驅風電機組并聯而成；直驅風電機組包括：風力機、永磁同步發電機、四象限變流器、濾波電路；將直驅風電機組的風力機、永磁同步發電機，機側變流器等效為受控電流源，網側變流器采用電網電壓定向矢量控制，通過給定直流側電壓u_dc和無功功率參考值生成dq軸電流參考值、PI環節，加上前饋補償，得到網側變流器的輸出電壓，形成網側變流器的開關函數來控制網側變流器的通斷，網側變流器主電路數學模型為(1)式：

式中：L_f為濾波電感；i_d和i_q分別為網側變流器輸出電流d和電流q軸分量；U_d和U_q分別為電流控制器輸出的調制電壓d和電壓q軸分量；U_td和U_tq分別為并網點電壓d和電壓q軸分量；ω為額定轉速；U_dc為電容電壓；C為直流電容；P_m為輸入功率；