本发明专利技术公开了一种分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法，包括以下步骤：1)构建了完整的双馈风电机组(doubly fed induction generator，DFIG)的数学模型，包括轴系模型，发电机仿真模型及其控制系统模型；2)改变系统中调速器的增益参数，分析调速器对系统响应的影响；3)改变双馈发电机组的定转子电阻参数，采用特征根分析方法研究电阻参数的变化对系统的影响；4)发电机组从风电场不同接入点并网、运用征根分析方法研究特征值以及相应参与因子的变化，分析风电机组的状态变量对关键特征根的参与水平；保证联络线传送功率不，分析了不同风电出力、并网容量不同、不同工况下双馈风电机组动力学特性与电力系统动态行为的交互影响。
【技术实现步骤摘要】
一种分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法
本专利技术属于电网
，具体涉及一种分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法。
技术介绍
能源是人类文明进步和世界经济发展的重要条件，化石能源的大量消耗给环境带来了前所未有的挑战，《2017年BP世界能源统计年鉴》的数据显示,当前全球能源市场正处于转型期，发展新形式能源已然成为世界各国的重要战略措施。在现有的新形式能源发电中，风力发电技术最为成熟，由于其无污染、占地面积少、可缓解化石能源危机等优势，越发受到世界各国的重视。中国风能蕴含量丰富，但主要分布在“三北”地区，距离负荷中心较远，资源和负荷的逆向分布势必需要更多的技术支持来接纳大规模风电并入主干电网。随着风电并网容量在电力系统中的不断增加，其对配网的功率流向和潮流分布的影响越来越大，特别是风电场附近的电网局部电压和联络线传输功率波动，严重影响了系统的鲁棒性和稳定性。双馈风电机组因为能够大幅提高风能转换效率，减小机组承受机械应力，实现机械部分与电气部分解耦，而且还能实现有功功率和无功功率解耦控制，提高并网系统调节能力及稳定性，成为目前商业化运行的主力机型之一。但是随着基于电力电子技术的非同步电源大规模并网，一方面具备较强的可控性，可适应或改变原有电力系统的一些基本运行特性；另一方面受电力电子设备无惯性、过载能力弱、抗电网扰动能力差等限制，其控制能力对外部电网环境具有较强的依赖性，使得风电与电网之间的交互作用越来越复杂，电力系统能源结构、电磁特性、电特性等均发生巨大变化。在不同运行环境与面向不同研究对象时，大规模双馈风电并网系统会表现出一些新的运行特性、新的现象与新的特点等。近几年我国发生多次大规模风电机组脱网事故，给电网的安全稳定运行构成极大威胁。为了避免大规模风电脱网事故的发生，针对大规模双馈风电并网系统表现出的新运行特性、新现象与新特点等问题，清晰认识双馈风电机组动力学特性与电力系统动态行为的交互影响，对于保障我国大规模风电的发展和并网安全运行具有极其重要的理论和实践意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法，建立符合双馈风力发电机组物理特性的完整模型，以便利用该详细模型进行特征根分析和时域仿真分析，提供一种综合考虑是否加装调速器、并网接入点、机组电阻参数、并网容量、联络线传输功率等因素对系统影响的分析方法，为探究双馈风电机组动力学特性与电力系统动态行为的交互影响提供理论支撑。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法，步骤如下：S1，建立双馈风电机组模型；S1.1，构建风电机组轴系模型；所述轴系模型为包含发电机质块和风力机质块的两质量块轴系模型，具体公式为：式中：ωr是发电机轴的角速度；ωt是风力机轴的角速度；ωb是基准角速度值；Ht是风力机的惯性时间常数；Hg是发电机的惯性时间常数；θt是低速风机轴相对于高速发电机轴的扭曲角度；B是发电机转子的阻尼系数；Tsh是两质块间的转矩；Te是发电机的电磁转矩；Tm是风力机的机械转矩；两质块间的转矩Tsh、发电机的电磁转矩Te和风力机的机械转矩Tm的计算公式为：式中：Ksh是轴的刚度系数；Dsh是轴的阻尼系数；ρ是空气密度；r是风力机叶轮半径；ids是定子电流的d轴分量；iqs是定子电流的q轴分量；idr是转子电流的d轴分量；iqr是转子电流的q轴分量；Lm是定转子互感；vw是风速；Cp是风力机的风能转换效率系数；λ是风力机的叶尖速比；β是风力机的桨距角；S1.2，构建风电机组的电机模型；双馈风电机组在dq轴下的模型为：式中：xs'是定子暂态电抗；sr是转子转差率；ωs是发电机同步转速；Ls是定子自感；Lr是转子自感；eds'是暂态电势的d轴分量；eqs'是暂态电势的q轴分量；T0'是转子时间常数；uds是定子电压的d轴分量；uqs是定子电压的q轴分量；udr是转子电压的d轴分量；uqr是转子电压的q轴分量；S1.3，构建系统控制器模型；所述控制器包括转子侧变换器和网侧变换器；S1.3.1，构造转转子侧变换器的模型，具体为：式中:标识φ表明变量是在定子磁链Ψs定向的参考坐标系下；Us是机端电压值；Usref是机端电压的参考值；x是中间变量；σ是漏磁系数；KPu是RCS中电压控制器的比例系数；KPidr是RCS中电流控制器的比例系数；KPω是RCS中功率控制器的比例系数；KPiqr是RCS中电流控制器的比例系数；TIu是RCS中电压控制器的积分时间常数；TIidr是RCS中电流控制器的积分时间常数；TIω是RCS中功率控制器的积分时间常数；TIiqr是RCS中电流控制器的积分时间常数；S1.3.2，构造网侧变换器的模型；把电网电压us方向界定为参考坐标系d轴方向，网侧变换器电感电流的状态方程为:式中，idL是网侧变换器电感电流的d轴分量；iqL是网侧变换器电感电流的q轴分量；ωb是基准角速度值；ωs是发电机同步转速；RL是网侧等效电阻；uda是α-β轴变换成d-q轴下的d轴分量；uqa是α-β轴变换成d-q轴下的q轴分量；；uds是电网电压的d轴分量；uqs是电网电压的q轴分量；L是网侧变换器电感；网侧变换器的模型为:式中:标识ε表明该变量是在us定向的参考坐标系下；Udc是电容两端直流电压值；Udcref是电容两端直流电压参考值；m是调制深度；KPv是GSC中电压控制器的比例系数；KPiL是GSC中电流控制器的比例系数；TIv是GSC中电压控制器的积分时间常数；TIiL是GSC中电流控制器的积分时间常数；S1.4，结合步骤S1.1-1.3，得到完整的双馈风电机组模型；S2，分析调速器对电力系统的影响；S2.1，构建调速器的模型，具体为：式中：ωref是参考角速度，R是下垂增益，xg是表明调速器状态的辅助变量，T1和T2分别是瞬态时间常数和调速器增益时间常数，pm0和pm分别是原始机械功率和机械功率。S2.2，将双馈风电机组模型和电力系统建立仿真系统；仿真时，假定风电场的DFIG机组的参数和运行状态均一致，且机组并联组成，风电场总输出功率由所有DFIG机组的输出功率相加得到，而且整个风电场由单机模型的集总模型来替代；S2.3，对仿真系统采用特征根分析方法，分析是否加装调速器对系统间的交互影响；S2.4，采用特征根分析方法，分析调速器的增益R对仿真系统的影响；S3，在步骤S2的基础上，运用特征根分析法分析双馈发电机组的定转子电阻参数的变化对仿真系统的影响；S4，从风电场并网接入点、风电场出力以及联络线传输功率三个方面，采用特征根分析方法和暂态时域仿真，对电力系统的鲁棒性进行研究，进而分析双馈风电机组和网系统之间的交互作用。S4.1，在给定运行条件下，发电机组从风电场不同接入点并网，运用特征根分析方法分析DFIG机组的状态变量对关键特征根的参与水平；DFIG机组的状态变量对关键特征根的参与水平，可通过计算相应的参与因子来表征；参与因子是用来描述状态变量与模式之间的关联程度；假设DFIG机组的状态矩阵AS有复特征值λ＝σ+jω，相应的振荡频率为f＝ω/2π，对应阻尼比定义为，状态矩阵AS中第i个状态变量对仿真系统第j个特征根的参与因本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法，其特征在于，步骤如下：S1，建立双馈风电机组模型；S2，分析调速器对电力系统的影响；S3，在步骤S2的基础上，运用特征根分析法分析双馈发电机组的定转子电阻参数的变化对仿真系统的影响；S4，从风电场并网接入点、风电场出力以及联络线传输功率三个方面，采用特征根分析方法和暂态时域仿真，对电力系统的鲁棒性进行研究，进而分析双馈风电机组和电网系统之间的交互作用。
【技术特征摘要】
1.一种分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法，其特征在于，步骤如下：S1，建立双馈风电机组模型；S2，分析调速器对电力系统的影响；S3，在步骤S2的基础上，运用特征根分析法分析双馈发电机组的定转子电阻参数的变化对仿真系统的影响；S4，从风电场并网接入点、风电场出力以及联络线传输功率三个方面，采用特征根分析方法和暂态时域仿真，对电力系统的鲁棒性进行研究，进而分析双馈风电机组和电网系统之间的交互作用。2.根据权利要求1所述的分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法，其特征在于，在步骤S1中，具体步骤为：S1.1，构建风电机组轴系模型；所述轴系模型为包含发电机质块和风力机质块的两质量块轴系模型，具体公式为：式中：ωr是发电机轴的角速度；ωt是风力机轴的角速度；ωb是基准角速度值；Ht是风力机的惯性时间常数；Hg是发电机的惯性时间常数；θt是低速风机轴相对于高速发电机轴的扭曲角度；B是发电机转子的阻尼系数；Tsh是两质块间的转矩；Te是发电机的电磁转矩；Tm是风力机的机械转矩；两质块间的转矩Tsh、发电机的电磁转矩Te和风力机的机械转矩Tm的计算公式为：式中：Ksh是轴的刚度系数；Dsh是轴的阻尼系数；ρ是空气密度；r是风力机叶轮半径；ids是定子电流的d轴分量；iqs是定子电流的q轴分量；idr是转子电流的d轴分量；iqr是转子电流的q轴分量；Lm是定转子互感；vw是风速；Cp是风力机的风能转换效率系数；λ是风力机的叶尖速比；β是风力机的桨距角；S1.2，构建风电机组的电机模型；双馈风电机组在dq轴下的模型为：式中：xs'是定子暂态电抗；sr是转子转差率；ωs是发电机同步转速；Ls是定子自感；Lr是转子自感；eds'是暂态电势的d轴分量；eqs'是暂态电势的q轴分量；T0'是转子时间常数；uds是定子电压的d轴分量；uqs是定子电压的q轴分量；udr是转子电压的d轴分量；uqr是转子电压的q轴分量；S1.3，构建系统控制器模型；所述控制器包括转子侧变换器和网侧变换器；S1.3.1，构造转转子侧变换器的模型，具体为：
【专利技术属性】
技术研发人员：和萍，李从善，陶玉昆，窦智锋，曲忠杰，杨存祥，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41
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