直驱风电机组变流器并网系统稳定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直驱风电机组变流器并网系统稳定方法。使用本发明专利技术能够证风电机组接入电网时能够稳定运行，并提高了整体系统的稳定裕度。本发明专利技术首先构建了直驱风电机组变流器的序阻抗模型Z

【技术实现步骤摘要】
直驱风电机组变流器并网系统稳定方法


[0001]本专利技术涉及可再生能源发电系统
，具体涉及一种直驱风电机组变流器并网系统稳定方法。

技术介绍

[0002]永磁同步发电机具有成本低、效率高和输出功率高等优点，在海上风电场中应用广泛。直流汇集方式因其平台成本低、电能损耗小等优点在远距离大规模海上直驱风场送出系统中获得广泛应用。然而，采用直流串并联汇集拓扑结构的系统具有容错能力低、控制策略要求高的缺点，单个风电机组的故障可能导致整个系统的故障。随着直驱风电机组的装机容量急剧增加和输送距离越来越远，海上直驱风场直流汇集外送系统的振荡问题时有发生，严重影响电力系统的安全及稳定。阻抗分析法被广泛用于分析复杂电力系统的稳定性。相比于以往常使用的特征值法，阻抗分析法对复杂系统的分析，不会出现“维数灾”问题，在工程上具有很强的实用性。用阻抗分析法，首先需要获得系统的序阻抗模型，其需要考虑到各环节的电路拓扑和控制方式，因此序阻抗模型的测量较复杂，由于控制器件的强非线性特性，以及交/直流侧之间复杂的谐波动态传递特性，导致永磁直驱风电机组变流器系统线性化较为困难。因此现阶段缺失直驱风电机组机侧直流端口的阻抗模型以及相应的分析直驱风机并网系统的稳定分析方法。
[0003]多台风电机组采用串并联结构接入电网系统，与电网构成一个互联系统，互联系统的小扰动稳定性问题对远距离大规模海上直驱风场并网技术的应用与推广至关重要。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种直驱风电机组变流器并网系统稳定方法，能够根据不同永磁同步电机的电气特性以及所接入的电网的不同电气特性对风电机组变流器的控制参数进行优化，从而保证风电机组接入电网时能够稳定运行，并提高了整体系统的稳定裕度，使得永磁直驱风电机组并网具有较强的稳定性。
[0005]本专利技术采用目前国际与国内较为先进的谐波线性化阻抗建模方法，对永磁同步直驱风电机组进行阻抗建模，以此来分析系统的稳定性并为变流器控制参数的优化提供了理论依据。阻抗建模方法相比于以往所采用的特征根分析法、复转矩系数法、时域仿真法，具有建模简单、不存在“维数灾”、物理概念清晰、能够反映电力电子器件的部分特性、能够反映不同装置间的相互作用等优势，因此在工程实践中具有极强的实用性，可以应用于多种新能源并网的稳定分析。
[0006]本专利技术的一个重要核心在于：根据谐波线性化阻抗建模方法，对永磁同步直驱风电机组进行阻抗建模，得到风电机组的直流侧阻抗Z
i
。Z
i
能够体现永磁同步直驱风电机组的序阻抗特性。由于所建立的风电机组阻抗Z
i
能够体现电风机组的电气特性以及变流器的电气特性，因此可以将这一阻抗模型直接应用于具有相同拓扑结构的、不同控制参数、不同机电参数下的永磁同步直驱风电机组。
[0007]具体方案如下：
[0008]一种直驱风电机组变流器并网系统稳定方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1，构建直驱风电机组变流器的序阻抗模型Z
i
：
[0010][0011]其中，为直流母线电压的谐波值，为直流母线电流的谐波值；
[0012]步骤2，根据奈奎斯特稳定性判据，判断当前变流器并网系统的Z
g/
Z
i
频域曲线的稳定裕度是否大于最小系统稳定裕度R
min
，其中，Z
g
为电网阻抗；若大于，则此时变流器并网系统稳定；否则，执行步骤3；
[0013]步骤3，对变流器电流环的控制参数进行优化，使得变流器并网系统稳定裕度最优。
[0014]较优的，所述变流器电流环采用PI控制。
[0015]较优的，所述序阻抗模型Z
i
采用如下方式获得：
[0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023]Δ(s)＝B(s)D(s)
‑
A(s)C(s)
[0024]其中：V
dc1
是直流母线基频电压幅值。L
d
、L
q
分别是dq轴坐标系下三相绕组自感和互感。分别为dq轴电流环给定信号。K
m
是逆变器调制信号的调制比。R
s
为电机内阻。H
ri
(s)是机侧变流器电流控制器的PI传递函数，K
rd
为解耦系数。f
r
为转子旋转频率，s为微分算子，M
r1
为输出调制信号有效值，V
s1
为发电机端口的电压和电流有效值。
[0025]较优的，所述步骤3中，基于遗传算法对变流器电流环的控制参数进行优化，使得变流器并网系统稳定裕度最优。
[0026]较优的，基于遗传算法的控制参数优化方法如下：
[0027]1)在电流环控制参数的一定范围区间内随机选取一定数目的随机数，形成一个初始种群；计算每个种群个体产生的Z
g/
Z
i
阻抗曲线，从而得到每个种群个体的稳定裕度；
[0028]2)将稳定裕度做种群个体的自适应度标准计算每个个体的生存概率，完成种群的选择操作；
[0029]3)引入种群遗传交叉操作和遗传变异操作，引入原种群外的个体，并进行筛选，得到新种群；
[0030]4)将新种群又代入到(2)(3)操作中，经过一定次数的迭代，将产生优化设计后的电流环控制参数。
[0031]有益效果：
[0032]本专利技术建立的风电机组阻抗Z
i
能够体现电风机组的电气特性以及变流器的电气特性，能够体现永磁同步直驱风电机组的序阻抗特性；基于该风电机组阻抗Z
i
的阻抗分析法能够有效评价系统的稳定裕度以及系统稳定性优化。本专利技术为提高系统稳定裕度、保证系统稳定运行提供了理论基础和可行方案，有利于远距离大规模海上直驱风场并网技术的应用与推广，有利于采用不同拓扑结构的海上风场直流汇集送出系统控制设计。
[0033]本专利技术在基于直驱风电机组机侧直流端口的阻抗模型并以此分析直驱风机并网系统的稳定性的基础上，通过遗传算法对变流器控制参数进行及时调整，使系统运行在稳定状态并保持较大的稳定裕度，本专利技术的稳定控制的方法，实现了直驱风电场的实时阻抗测量和故障时的系统阻抗调整，保证了远距离大规模海上直驱风场并网技术拥有较强的稳定运行裕度，解决了现阶段由于系统控制参数的设置引起阻抗曲线稳定裕度不高进而引发的振荡问题，具有很强的工程意义。
附图说明
[0034]图1为本专利技术一实施例直驱风电机组机侧模型拓扑及控制结构图。
[0035]图2为本专利技术一实施例直驱风电机组机侧变流器电流环控制结构图。
[0036]图3为本专利技术一实施例在原始电流环控制参数下某低速直驱风电机组机侧直流阻抗和电网阻抗伯德图。
[0037]图4为本专利技术一实施例在原始电流环控制参数下某低速直驱风电机组机侧直流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直驱风电机组变流器并网系统稳定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，构建直驱风电机组变流器的序阻抗模型Z
i
：其中，为直流母线电压的谐波值，为直流母线电流的谐波值；步骤2，根据奈奎斯特稳定性判据，判断当前变流器并网系统的Z
g/
Z
i
频域曲线的稳定裕度是否大于最小系统稳定裕度R
min
，其中，Z
g
为电网阻抗；若大于，则此时变流器并网系统稳定；否则，执行步骤3；步骤3，对变流器电流环的控制参数进行优化，使得变流器并网系统稳定裕度最优。2.如权利要求1所述的直驱风电机组变流器并网系统稳定方法，其特征在于，所述变流器电流环采用PI控制。3.如权利要求2所述的直驱风电机组变流器并网系统稳定方法，其特征在于，所述序阻抗模型Z
i
采用如下方式获得：方式获得：方式获得：方式获得：方式获得：方式获得：方式获得：Δ(s)＝B(s)D(s)
‑
A(s)C(s)其中：V
dc1
是直流母线基频电压幅值。L
d
、L
q
分别是dq轴坐标系下三相绕组自感和互感。分别为dq轴电流环给定信号。K
m

【专利技术属性】
技术研发人员：皮俊波，董晓亮，江长明，张梦凡，李震，田旭，白正宇，刘斌，
申请(专利权)人：国家电网公司华北分部北京理工大学中国矿业大学北京内蒙古能源发电投资集团有限公司，
类型：发明
国别省市：