双馈型风力发电虚拟同步发电机建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于戴维南‑诺顿等效的双馈型风力发电虚拟同步发电机建模方法，包括：采样；通过改变传统的双馈风机建模方法，利用戴维南‑诺顿等效定理，建立起基于戴维南与诺顿等效的双馈电机模型，主要包括建立双馈电机定子侧的戴维南等效数学模型以及转子侧的诺顿等效数学模型。这种建模方法大大简化了电网与双馈电机定子、网侧变流器公共连接处的代数方程计算，使之与系统数学模型更加匹配，物理意义更加清晰。

Modeling method of doubly fed wind power virtual synchronous generator

【技术实现步骤摘要】
双馈型风力发电虚拟同步发电机建模方法
本专利技术涉及一种双馈风力发电机建模方法，尤其是一种基于虚拟同步发电机的双馈型风力发电系统建模方法。
技术介绍
近年来，随着风电、光伏等新能源的迅猛发展，新能源在电网中的比例日益上升，形成了高比例新能源并网发电的电力系统格局。目前，作为风力发电主流机型的双馈型风力发电系统，定子侧直接与电网相连，转子侧通过电力电子变换器与电网相连，难以提供充足的阻尼和惯性，且难以发挥电机转子惯量的作用，这在高比例新能源并网的电力系统中会弱化系统的调频和调压能力，给系统的安全稳定运行带来巨大压力和挑战。为此，很多专家学者提出了基于虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator，VSG)技术的双馈型风力发电系统。该技术通过改造电力电子变换器的控制算法，使并网发电系统模拟同步发电机特性为系统提供同步支撑，从而改善系统调频和调压特性。由于风能具有随机性和间歇性的特点，基于VSG的双馈型风力发电系统并网后的稳定性问题，尤其是小干扰稳定问题成为研究者亟需解决的课题之一。其中建立整个系统的小信号模型并进行仿真分析是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈型风力发电虚拟同步发电机建模方法，包括：建立传统双馈型风力发电虚拟同步发电机模型、基于戴维南-诺顿等效的双馈型风力发电虚拟同步发电机模型、双馈型风力发电虚拟同步发电机的转子侧变流器控制模型、双馈型风力发电虚拟同步发电机的网侧变流器控制模型、双馈型风力发电虚拟同步发电机的转子/网侧变流器间直流环节模型和双馈型风力发电虚拟同步发电机的电网接口模型，其特征在于，所述建模方法的步骤如下：/n步骤1，建立双馈型风力发电虚拟同步发电机的传统模型，包括：建立dq坐标系中双馈型风力发电虚拟同步发电机的定转子磁链方程、定转子电压方程、电磁转矩方程和转子运动方程；/ndq坐标系中双馈型风力发电虚拟同步...

【技术特征摘要】
1.一种双馈型风力发电虚拟同步发电机建模方法，包括：建立传统双馈型风力发电虚拟同步发电机模型、基于戴维南-诺顿等效的双馈型风力发电虚拟同步发电机模型、双馈型风力发电虚拟同步发电机的转子侧变流器控制模型、双馈型风力发电虚拟同步发电机的网侧变流器控制模型、双馈型风力发电虚拟同步发电机的转子/网侧变流器间直流环节模型和双馈型风力发电虚拟同步发电机的电网接口模型，其特征在于，所述建模方法的步骤如下：
步骤1，建立双馈型风力发电虚拟同步发电机的传统模型，包括：建立dq坐标系中双馈型风力发电虚拟同步发电机的定转子磁链方程、定转子电压方程、电磁转矩方程和转子运动方程；
dq坐标系中双馈型风力发电虚拟同步发电机的定转子磁链方程为：



式中：ψsd、ψsq为定子磁链dq分量；ψrd、ψrq为转子磁链dq分量；isd、isq为定子电流dq分量；ird、irq为转子电流dq分量；Ls为定子绕组自感；Lr为转子绕组自感；Lm为定/转子绕组间的互感；且Ls＝Lm+Lls、Lr＝Lm+Llr；Lls为定子绕组的漏电感；Llr转子绕组的漏电感；
dq坐标系中双馈型风力发电虚拟同步发电机的定转子电压方程为：



式中：usd、usq为定子端电压dq分量；urd、urq为转子端电压dq分量；Rs为定子绕组电阻；Rr转子绕组电阻；ω为锁相环输出的同步角频率；ωr为转子电角频率；
双馈型风力发电虚拟同步发电机的电磁转矩方程和转子运动方程为：



式中：Te为双馈型风力发电虚拟同步发电机的电磁转矩；TL为双馈型风力发电虚拟同步发电机转轴上的力矩；np为电机极对数；J为电机转子转动惯量；
所述dq坐标系采用d轴定向、q轴超前于d轴90°；
步骤2，根据步骤1中建立的双馈型风力发电虚拟同步发电机的传统模型进一步推算可得到基于戴维南-诺顿等效的双馈型风力发电虚拟同步发电机模型，包括：双馈型风力发电虚拟同步发电机定子侧的戴维宁等效数学模型以及其转子侧的诺顿等效数学模型；
双馈型风力发电虚拟同步发电机转子侧的诺顿等效模型为：



双馈型风力发电虚拟同步发电机定子侧的戴维南等效模型为：



其中，由电机内电路计算的等效电动势、定子绕组等效电阻和定子绕组等效自感值如下所示：



式中：Esd、Esq为定子戴维南等效电动势dq分量；R0为定子绕组的等效电阻；L0为定子绕组的等效自感；
步骤3，建立双馈型风力发电虚拟同步发电机转子侧变流器控制模型，包括：采样，建立其转子侧变流器有功控制方程和无功控制方程，建立其转子侧电压控制方程和电流控制方程，具体过程及表达式如下：
步骤3.1，采样，即通过采集得到虚拟同步发电机的以下参数：虚拟同步发电控制算法输出角频率ωv、经过低通滤波器后双馈型风力发电虚拟同步发电机定子侧输出有功功率Pf、经过低通滤波器后双馈型风力发电虚拟同步发电机定子侧输出无功功率Qf、VSG坐标系下的定子电压dq分量usd_VSG、usq_VSG和VSG坐标系下的定子电流dq分量ird_VSG、irq_VSG；
步骤3.2，建立双馈型风力发电虚拟同步发电机转子侧变流器有功控制方程和无功控制方程，其表达式分别为：



其中：



式中：Sbase为功率基准值；Pf为经过低通滤波器后双馈型风力发电虚拟同步发电机定子侧输出有功功率；Qf为经过低通滤波器后双馈型风力发电虚拟同步发电机定子侧输出无功功率；P0为有功功率给定值；Q0为无功功率给定值；U0为定子输出电压幅值给定值；ω0为额定角频率；ωv为虚拟同步发电控制算法输出角频率；θv为虚拟同步发电控制算法输出角度；mp为有功-频率下垂系数；nq为无功-电压下垂系数；Jv为虚拟同步发电控制算法虚拟惯量；D为阻尼系数；Pref为有功功率指令值；Uref为经过下垂控制后的电压指令值；τ为功率滤波时间常数；
步骤3.3，建立双馈型风力发电虚拟同步发电机的转子侧电压控制方程和转子侧电流控制方程；
双馈型风力发电虚拟同步发电机的转子侧电压控制方程为：



式中：τu为定子电压滤波时间常数；Kpu为电压环比例系数；Kiu电压环积分系数；intusderr、intusqerr为定子电压环控制的积分项输出dq分量；usd_VS...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，刘辉，李蕴红，刘威，汪浩东，
申请(专利权)人：国网冀北电力有限公司电力科学研究院，合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11