一种基于Matlab/Simulink仿真模型的风力发电机组测试方法技术

本发明专利技术提供一种基于Matlab/Simulink仿真模型的风力发电机组测试方法，所述方法包括建立用于虚拟电压仿真的虚拟电网，利用风力发电机组输出端处测量得到的电流和电压时间序列在虚拟电网中模拟电压波动得出虚拟电网输出的瞬时模拟电压，所述虚拟电网的仿真模型搭建于Matlab/Simulink仿真平台上，在Matlab/Simulink仿真平台上基波电气角αm(t)大小的实时跟踪由锁相环来实现，通过锁相环实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，保证输出电压与输入电压的相位同步，电网阻抗Rfic和电网感抗Lfic由仿真模型计算得出线电流瞬时值im(t)的导数由Simulink仿真环境中的微分模块获得。本方法充分考虑到IEC标准中由于虚拟电网实现方法不同带来的检测误差，能够提高电能质量，特别是闪变信号的检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Matlab/Simulink仿真模型的风力发电机组测试方法
本专利技术主要涉及风力发电机组电能质量检测分析领域，具体是一种基于Matlab/Simulink仿真模型的风力发电机组测试方法。
技术介绍
风能作为重要的可再生能源，近年来发展势头迅猛。随着风电并网规模的不断扩大，电能数量问题已经逐步得到解决，但随之而来的是电能质量方面的问题。风电并网的过程中，大量具有冲击性或波动性负荷的电子设备的使用导致电网波动从而产生闪变。此外，在电网中还存在有大量的谐波和间谐波，这些由工业中常见的整流器、变频器等设备产生的谐波会进一步恶化电力系统供电质量，缩短电网中用电设备的寿命。为了提高公用电网的稳定性，保证电力系统用户的用电质量，对电能质量问题的研究和解决相当必要。电压波动与闪变是电能质量的主要问题之一，根据国际供电会议组织与大电网组织的联合工作组调研表明，电压闪变对各类电气设备的危害性很大，在各种导致电能质量恶化的因素中高居第二位。各个国家早期对闪变的计算，主要是针对电弧炉等具有波动性、冲击性的负荷所引起的闪变，应用范围十分小，只能估计负荷投切是否影响电网安全，结果并不精确，根本无法满足后来的电能质量分析要求。为了更好地检测闪变，各个国家开始制作专门的闪变仪，按相关标准在公共节点处检测闪变值。虽然各国闪变仪有较大区别，但原理类似，含有闪变的电网信号可以看作是波动电压对工频载波的调制信号，波动电压的频率集中在0.05～35Hz，闪变仪的作用就是提取出电信号中引起闪变的波动信号，即分离出载波中的调幅波，再按照相应标准分析计算调幅波，得到闪变参数。国内外传统的电压调幅波的检测方法有三种：全波整流法、有效值检波法和IEC标准推荐的平方检波法。以上几种检测算法各有优缺点：(1)全波整流法：英国的ERA闪变仪用的检测法，将电信号整流，通过滤波器得到调幅波，但它用的是模拟电路，不适合数字化实现。(2)有效值检波法：日本的ΔV10闪变仪用的检测法，将信号通过均方根值/直流变换器转换得到有效值并减去直流分量，再通过滤波器得到调幅波。但在实际中，很难准确得出半个工频周期的电压均方根植。(3)平方检波法：IEC推荐的闪变仪检测方法，将信号平方运算后通过滤波器得到调幅波，此方法得到的调幅波具有倍频分量，会有一定误差。此外，上述几种算法没有考虑到IEC标准中虚拟电网的实现过程中带来的计算误差。
技术实现思路
为解决目前技术的不足，本专利技术结合现有技术，从实际应用出发，提供一种基于Matlab/Simulink仿真模型的风力发电机组测试方法，用于风力发电机组电能质量检测，该方法充分考虑到IEC标准中由于虚拟电网实现方法不同带来的检测误差，能够提高电能质量，特别是闪变信号的检测精确度。本专利技术的技术方案如下：一种基于Matlab/Simulink仿真模型的风力发电机组测试方法，所述方法包括建立用于排除电网中除风力发电机组外其他波动源的虚拟电网，利用风力发电机组输出端处测量得到的电流和电压时间序列在虚拟电网中模拟电压波动得出虚拟电网输出的瞬时模拟电压ufic(t)，虚拟电网由理想电压源u0(t)，电网阻抗Rfic和电网感抗Lfic串联组成，所依据的公式为：式中，im(t)为线电流瞬时值；αm(t)为测量电压基波电气角；Un为电网额定电压的有效值；f(t)为电网频率，随时间变化；t为记录的时间；α0为t＝0时的初相角；所述虚拟电网的仿真模型搭建于Matlab/Simulink仿真平台上，在Matlab/Simulink仿真平台上基波电气角αm(t)大小的实时跟踪由锁相环来实现，通过锁相环实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，保证输出电压与输入电压的相位同步，最终计算出准确的理想电压源u0(t)的值；电网阻抗Rfic和电网感抗Lfic值的大小由仿真模型计算得出，线电流瞬时值im(t)的导数由Simulink仿真环境中的微分模块获得。进一步的，在Matlab/Simulink仿真平台对基波电气角αm(t)的计算模型中，输入信号为风力发电机组输出端处测量得到的电压、电流时间序列，输出信号为基波电气角αm(t)的正弦值，其核心控制单元为锁相环模块，将输入三相信号首先进行归一化处理，然后将归一化后的每一相电压、电流送入锁相环模块，利用锁相环实现输出信号与输入信号的相位同步。进一步的，在Matlab/Simulink仿真平台对理想电压源u0(t)的计算模型中，将基波电气角αm(t)的计算模型计算的结果作为输入信号输入至模型中，结合公式(2)计算出理想电压源u0(t)的值。进一步的，在Matlab/Simulink仿真平台对电网阻抗Rfic和电网感抗Lfic值计算模型中，其依据的计算公式为：式中，为电网阻抗相角，fg为电网额定频率，Sk,fic为虚拟电网的三相短路容量；电网阻抗相角正切值tan(ψk)和虚拟电网短路容量Sk,fic的值由电网已知参数计算得出，然后将tan(ψk)和Sk,fic作为结果逆推虚拟电网中电感Lfic和电阻Rfic的值。进一步的，在Matlab/Simulink仿真平台中，根据计算出是理想电压源u0(t)，电感Lfic和电阻Rfic，利用simulink库中的微分模块对线电流im(t)做微分运算，结合公式(1)，计算虚拟电网模拟电压瞬时值ufic(t)。本专利技术的有益效果：本专利技术所提供的风力发电机组测试方法用于进行风力发电机组的电能质量检测，该测试方法充分考虑到IEC61400-21标准中由于虚拟电网实现方法不同带来的检测误差，并结合新标准IEC61400-21-1，在Matlab/Simulink仿真平台中设计了仿真模型，提高了电能质量，特别是闪变信号的检测精度，且程序实现较容易，参数设置直观明了，方便用于实测数据的验证。附图说明附图1为本专利技术总体算法框图；附图2为本专利技术虚拟电网单相电路图；附图3为虚拟电网仿真模型图；附图4为利用锁相环实现相位同步模型图；附图5为计算理想电压源u0(t)的模型图；附图6为虚拟电网中电网阻抗Rfic和电网感抗Lfic的确定模型图；附图7为虚拟电网电流微分及虚拟电压瞬时值的计算模型图；附图8为闪变仪结构框图。具体实施方式结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。如图1所示，为用于实现风力发电机组电能质量检测的总体算法框图。对于虚拟电网模拟电压瞬时值ufic(t)的计算：根据最新标准IEC61400-21-1标准规定，被测风力发电机组应与中压电网相连，而中压电网通常还连接有其它波动性负荷，可能在风力发电机组输出端造成明显的电压波动。为了得到不受测试场地电网条件影响的测试结果，标准提出建立用于排除电网中除风力发电机组外其他波动源的虚拟电网，利用风力发电机组输出端处测量得到的电流和电压时间序列在虚拟电网中模拟电压波动，虚拟电网中除风力发电机组外没有其他电压波动源。虚拟电网的单相电路图如图2所示。虚拟电网由理想电压源u0(t)，电网阻抗Rfic和电网感抗Lfic串联组成。风力发电机组用电流源表示，im(t)为线电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Matlab/Simulink仿真模型的风力发电机组测试方法，所述方法包括建立用于排除电网中除风力发电机组外其他波动源的虚拟电网，利用风力发电机组输出端处测量得到的电流和电压时间序列在虚拟电网中模拟电压波动得出虚拟电网输出的瞬时模拟电压ufic(t)，虚拟电网由理想电压源u0(t)，电网阻抗Rfic和电网感抗Lfic串联组成，所依据的公式为：

【技术特征摘要】
1.一种基于Matlab/Simulink仿真模型的风力发电机组测试方法，所述方法包括建立用于排除电网中除风力发电机组外其他波动源的虚拟电网，利用风力发电机组输出端处测量得到的电流和电压时间序列在虚拟电网中模拟电压波动得出虚拟电网输出的瞬时模拟电压ufic(t)，虚拟电网由理想电压源u0(t)，电网阻抗Rfic和电网感抗Lfic串联组成，所依据的公式为：式中，im(t)为线电流瞬时值；αm(t)为测量电压基波电气角；Un为电网额定电压的有效值；f(t)为电网频率，随时间变化；t为记录的时间；α0为t＝0时的初相角；其特征在于：所述虚拟电网的仿真模型搭建于Matlab/Simulink仿真平台上，在Matlab/Simulink仿真平台上基波电气角αm(t)大小的实时跟踪由锁相环来实现，通过锁相环实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，保证输出电压与输入电压的相位同步，最终计算出准确的理想电压源u0(t)的值；电网阻抗Rfic和电网感抗Lfic值的大小由仿真模型计算得出，线电流瞬时值im(t)的导数由Simulink仿真环境中的微分模块获得。2.如权利要求1所述的一种基于Matlab/Simulink仿真模型的风力发电机组测试方法，其特征在于：在Matlab/Simulink仿真平台对基波电气角αm(t)的计算模型中，输入信号为风力发电机组输出端处测量得到的电压、电流时间序列，输出信号为基波电气角αm(t)的正弦值，其核心控...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟克其劳，张慧，张占强，马剑龙，宋为民，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15