一种风机并网的分析与控制方法技术

本申请实施例提出了一种风机并网的分析与控制方法，包括建立永磁同步发电机经弱交流系统并网的等效结构模型；选取型滤波器对等效结构模型中的并网电流进行滤波处理；提取滤波处理后等效结构模型中的多单元模型进行逐个计算，得到对应等效结构模型的小信号模型表达式；在预设平衡点处对小信号模型表达式进行线性优化。通过进行相位补偿和比例增益环节产生阻尼信号，从而增强系统的次同步模式阻尼。另外，采用粒子群算法对控制参数和反馈作用位置进行了优化分析，给出了提升抑制效果的最优参数。最后在PSCAD仿真平台上验证了上述研究结论的正确性和所提控制策略的有效性。论的正确性和所提控制策略的有效性。论的正确性和所提控制策略的有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种风机并网的分析与控制方法


[0001]本申请涉及风机控制领域，尤其涉及一种风机并网的分析与控制方法。

技术介绍

[0002]风力发电作为发展最快的新能源发电技术，在世界上许多国家得到了大规模的开发和应用。从2015年起，新疆哈密风电场频繁发生SSO，直驱风机经交流系统并网的新型次同步振荡问题值得进一步研究。
[0003]针对直驱风机通过弱交流系统并网的SSO问题，试图通过阻抗法揭示系统振荡的原理，但在稳定性分析中往往需要采用广义Nyquist稳定性判据，其阻抗矩阵计算复杂，难以验证。通过小信号分析表明，当直驱风机通过弱交流系统并网时，系统存在SSO风险，但没有考虑锁相环动态特性对次同步振荡的影响。从开环模态共振的角度揭示了直驱风机并网可能引起电力系统的振荡不稳定，并指出这种不稳定是由锁相环引起的。为抑制直驱风机经交流并网的SSO，分别设计了响应的阻尼控制器进行抑制。
[0004]目前，对直驱风机并网引起的次同步振荡问题的研究才刚刚起步，各种分析方法各有优缺点，尚未找到导致系统稳定性问题的本质因素。现有的风电场SSO抑制措施大多针对双馈风电机组，对直驱风机SSO问题的抑制迫切需要进一步的研究。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提出了一种风机并网的分析与控制方法，在dq同步旋转坐标系中，推导了包含锁相环的PMSG小信号模型，并验证了小信号模型的准确性。
[0006]具体的，本申请实施例提出的方法包括：
[0007]建立永磁同步发电机经弱交流系统并网的等效结构模型；
[0008]选取L型滤波器对等效结构模型中的并网电流进行滤波处理；
[0009]提取滤波处理后等效结构模型中的多单元模型进行逐个计算，得到对应等效结构模型的小信号模型表达式；
[0010]在预设平衡点处对小信号模型表达式进行线性优化。
[0011]可选的，所述建立同步发电机经弱交流系统并网的等效结构模型，包括：
[0012]建立同步发电机通过弱交流系统并网的模型；
[0013]将模型中永磁同步发电机与电网之间进行去耦处理；
[0014]将永磁同步发电机的换流器等效为受控源的表现形式。
[0015]可选的，所述选取L型滤波器对等效结构模型中的并网电流进行滤波处理，包括：
[0016]建立同步旋转坐标系；
[0017]构建L型滤波器对等效结构模型中的并网电流进行滤波处理的动态方程表达式。
[0018]可选的，所述提取滤波处理后等效结构模型中的多单元模型进行逐个计算，得到对应等效结构模型的小信号模型表达式，包括：
[0019]选取等效结构模型中网测换流器结构进行功率计算；
[0020]获取换流器直流支撑电容环节模型表达式；
[0021]选取等效结构模型中锁相环结构，获取锁相环的角速度偏差表达式；
[0022]根据已得到的表达式构建同步旋转坐标系下线路数学模型表达式。
[0023]可选的，所述选取等效结构模型中网测换流器结构进行功率计算，包括：
[0024]建立同步旋转坐标系；
[0025]构建同步旋转坐标系下的网侧换流器数学模型表达式；
[0026]基于已构建的表达式确定网侧换流器相关代数方程。
[0027]可选的，所述获取换流器直流支撑电容环节模型表达式，包括：
[0028]基于功率平衡方程确定机侧换流器交流端有功功率；
[0029]结合网侧换流器交流段有功功率确定换流器直流支撑电容环节模型表达式。
[0030]可选的，所述选取等效结构模型中锁相环结构，获取锁相环的角速度偏差表达式，包括：
[0031]建立锁相环动态方程表达式；
[0032]设t＝0时同步旋转坐标系的x轴领先静止坐标系的a轴角度为α0，则在任一时刻t，得到x轴领先a轴的角度表达式；
[0033]定义d轴领先x轴的角度为δ，联系前述表达式对δ进行微分计算，得到锁相环角速度偏差表达式。
[0034]可选的，所述根据已得到的表达式构建同步旋转坐标系下线路数学模型表达式，包括：
[0035]确定永磁同步发电机和无穷大系统之间的电压方程；
[0036]构建同步旋转坐标系下的输电线路数学模型；
[0037]联立前述方程得到同步旋转坐标系下线路数学模型。
[0038]可选的，所述在预设平衡点处对小信号模型表达式进行线性优化，包括：
[0039]联立前述表达式构建目标函数表达式；
[0040]在某一运行平衡点对目标函数表达式进行线性化得到
[0041][0042]式中，矩阵A和B可以由下式计算
[0043][0044]式中：x0、y0、u0为运行平衡点处的初始值。
[0045]有益效果：
[0046]在dq同步旋转坐标系中，推导了包含锁相环的PMSG小信号模型，并验证了小信号模型的准确性。利用特征值分析法和时域仿真法，研究了PMSG经交流系统并网的SSO问题产生机理，并分析了交流电网强度对SSO的影响。
附图说明
[0047]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]图1为本申请实施例提出的一种风机并网的分析与控制方法的流程示意图；
[0049]图2为本申请实施例提出的PMSG并网系统的结构示意图；
[0050]图3为本申请实施例提出的电网侧换流器控制框图；
[0051]图4为本申请实施例提出的典型的锁相环结构图；
[0052]图5为本申请实施例提出的PMSG电网侧换流器电路示意图；
[0053]图6为本申请实施例提出的dq
‑
xy坐标系空间关系示意图；
[0054]图7为本申请实施例提出的系统状态变量动态特性曲线对比示意图；
[0055]图8为本申请实施例提出的系统代数变量动态特性曲线对比示意图；
[0056]图9为本申请实施例提出的SSO仿真实现示意图；
[0057]图9(a)为永磁同步发电机出力示意图；
[0058]图9(b)为永磁同步发电机的动态特性(输出功率、A相电流、直流电压)示意图；
[0059]图9(c)为稳态放大值(输出功率、A相电流、直流电压)示意图；
[0060]图9(d)为有功输出功率的FFT分析示意图；
[0061]图10为本申请实施例提出的次同步振荡模式的参与因子示意图；
[0062]图11为本申请实施例提出的SCR变化对SSO的影响示意图；
[0063]图11(a)为SCR变化时系统特征根轨迹示意图；
[0064]图11(b)为SCR变化时系统送出有功功率示意图；
[0065]图11(c)为SCR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机并网的分析与控制方法，其特征在于，所述方法包括：建立永磁同步发电机经弱交流系统并网的等效结构模型；选取L型滤波器对等效结构模型中的并网电流进行滤波处理；提取滤波处理后等效结构模型中的多单元模型进行逐个计算，得到对应等效结构模型的小信号模型表达式；在预设平衡点处对小信号模型表达式进行线性优化。2.根据权利要求1所述的一种风机并网的分析与控制方法，其特征在于，所述建立同步发电机经弱交流系统并网的等效结构模型，包括：建立同步发电机通过弱交流系统并网的模型；将模型中永磁同步发电机与电网之间进行去耦处理；将永磁同步发电机的换流器等效为受控源的表现形式。3.根据权利要求1所述的一种风机并网的分析与控制方法，其特征在于，所述选取L型滤波器对等效结构模型中的并网电流进行滤波处理，包括：建立同步旋转坐标系；构建L型滤波器对等效结构模型中的并网电流进行滤波处理的动态方程表达式。4.根据权利要求1所述的一种风机并网的分析与控制方法，其特征在于，所述提取滤波处理后等效结构模型中的多单元模型进行逐个计算，得到对应等效结构模型的小信号模型表达式，包括：选取等效结构模型中网测换流器结构进行功率计算；获取换流器直流支撑电容环节模型表达式；选取等效结构模型中锁相环结构，获取锁相环的角速度偏差表达式；根据已得到的表达式构建同步旋转坐标系下线路数学模型表达式。5.根据权利要求4所述的一种风机并网的分析与控制方法，其特征在于，所述选取等效结构模型中网测换流器结构进行功率计算，包括：建...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨翾，杨志超，徐祥海，商佳宜，张俊，富岑滢，陈加炜，屠永伟，方响，陈嘉宁，王岗，卫炜，徐驰名，周昊，朱鹏，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司杭州供电公司，
类型：发明
国别省市：