一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法技术

本发明专利技术提供一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法，包括以下步骤：S1：分解出全变流器型风机的各控制回路；S2：设定各控制回路的动态方程；S3：根据各控制回路的动态方程分别构建相应控制模态的解析惯性模型；S4：基于解析惯性模型分别获取各控制回路的控制模态特征根；S5：基于控制模态特征根得到控制器参数分别与控制模态阻尼系数、控制模态振荡频率之间的关系；S6：根据动态响应需求，反向推演并调整控制器参数，完成风机参数调试。本发明专利技术提供一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法，解决了目前风机参数调试过程复杂的问题。程复杂的问题。程复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法


[0001]本专利技术涉及风电
，更具体的，涉及一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法。

技术介绍

[0002]当前，在我国大力构建以新能源为主体的新型电力系统，实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标和背景下，大规模风力发电入网，给电力系统稳定性带来了严峻挑战，尤其在变流器驱动稳定性。永磁直驱风机，由于其优异的控制性能，逐渐成为当前风力市场的主流风机，并已经大规模装备到各地新建风电场。为实现永磁直驱风机并网，需要使用两个变换器以及同步锁相环等装置，从而使得其控制系统较为复杂。而风机控制参数是影响风机电网动态交互的关键因数，现有的风电场事故中，因为风机参数设置的不合理，更容易加剧系统振荡，恶化交互过程，威胁变流器驱动稳定性。在实际中，风机制造商往往对同种风机设置统一的初始出厂参数。而对于风电场运营商而言，其控制器初始参数未必能满足实际运行需求，在现场安装调试中需要对各个控制器进行调试。由于涉及多个变换器和控制器，参数调试过程较为复杂，而往往依赖经验。这样调试得到的结果无法保证实际运行中动态性能的稳定性，且存在与外部电网模态交互产生谐振的风险。

技术实现思路

[0003]本专利技术为克服目前风机参数调试过程复杂的技术缺陷，提供一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法，包括以下步骤：r/>[0006]S1：分解出全变流器型风机的各控制回路；
[0007]S2：设定各控制回路的动态方程；
[0008]S3：根据各控制回路的动态方程分别构建相应控制模态的解析惯性模型；
[0009]S4：基于解析惯性模型分别获取各控制回路的控制模态特征根；
[0010]S5：基于控制模态特征根得到控制器参数分别与控制模态阻尼系数、控制模态振荡频率之间的关系；
[0011]S6：根据动态响应需求，反向推演并调整控制器参数，完成风机参数调试。
[0012]上述方案中，针对全变流器型风机并网的典型控制结构进行建模分解，得到风机各个控制环节的开环模态，进而可以进行动态控制效果的直观化模拟。该方法可以根据风机运营商或电网的对风机动态性能的要求进行直接的模态求解，同时获得风机多个控制器参数，简洁高效，克服常规的经验性调试的耗时久和动态性能不稳定等问题。此外，基于解析惯性模型，该方法可以有效规避由时间尺度耦合和模态交互所带来的模态谐振问题，提高全变流器型风机的变流器驱动稳定性。
[0013]优选的，所述全变流器型风机包括以下三部分：永磁同步发电机与机侧变流器、直
流环节与电网侧变流器、同步锁相环。
[0014]优选的，全变流器型风机的控制回路包括：风机转速控制回路、风机侧变流器Q轴电流控制回路、风机侧变流器D轴电流控制回路、电网侧变流器直流电压控制回路、电网侧变流器D轴电流控制回路、电网侧变流器无功功率控制回路、电网侧变流器Q轴电流控制回路和锁相环控制回路。
[0015]优选的，风机转速控制回路的动态方程为：
[0016][0017]其中，P
pm
为风电输入的机械功率，P
pe
为输出有功功率，H
pr
为风机转子的惯性常数，ω
prref
为风机转子角速度ω
pr
的参考值，K
ppx
和K
pix
为风机各个控制器的比例积分参数，x＝1,2,...,6；
[0018]风机侧变流器Q轴电流控制回路的动态方程为：
[0019][0020]其中，v
psq
为定子绕组直轴电压，ψ
psq
为风机的直轴磁链，X
pq
为定子绕组直轴电抗，i
psdref
为i
psq
的参考值；
[0021]风机侧变流器D轴电流控制回路的动态方程为：
[0022][0023]其中，R
ps
得到为定子绕组电阻，v
psd
为定子绕组直轴电压，ψ
psd
为风机的直轴磁链，ω0为基准角速度，X
pd
为定子绕组直轴电抗，ψ
pm
为永磁体产生的磁链，i
psdref
为i
psd
的参考值；
[0024]电网侧变流器直流电压控制回路的动态方程为：
[0025][0026]其中，C
p
为直流电容，P
ps
为风机的有功功率输出，P
pc
为电网侧变流器的有功功率输入，V
pdcref
为V
pdc
的参考值；
[0027]电网侧变流器D轴电流控制回路的动态方程为：
[0028][0029]其中，V
pcd
为电网侧变流器的直轴输出电压，i
pcd
和i
pcq
为电网侧变流器的直轴和交轴的输出电流，V
pd
为共耦合点的直轴电压，i
pcdref
为i
pcd
的参考值；
[0030]电网侧变流器无功功率控制回路的动态方程为：
[0031][0032]其中，Q
pref
为无功功率Q
p
的参考值；
[0033]电网侧变流器Q轴电流控制回路的动态方程为：
[0034][0035]其中，V
pcq
为电网侧变流器的交轴输出电压，V
pq
为共耦合点处的交轴电压，i
pcqref
为i
pcq
的参考值；
[0036]锁相环控制回路的动态方程为：
[0037][0038]其中，K
ppll
和K
ipll
分别为锁相环控制器的比例参数和积分参数，ω
pllref
为模拟速度ω
pll
的参考值。
[0039]优选的，步骤S4具体为：
[0040]基于解析惯性模型分别确定相应控制回路的等效惯性常数M、等效同步转矩系数K
S
及等效阻尼转矩系数K
D
，根据M、K
S
和K
D
求解得到相应控制回路的控制模态特征根。
[0041]优选的，求解控制模态特征根的公式如下：
[0042][0043]M＝F1(cp)
[0044]K
S
＝F2(cp,op)
[0045]K
D
＝F3(cp,op)
[0046]其中，λ
FOM
为相应控制回路的控制模态特征根，F1(cp)为风机参数的函数，F2(cp,op)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：分解出全变流器型风机的各控制回路；S2：设定各控制回路的动态方程；S3：根据各控制回路的动态方程分别构建相应控制模态的解析惯性模型；S4：基于解析惯性模型分别获取各控制回路的控制模态特征根；S5：基于控制模态特征根得到控制器参数分别与控制模态阻尼系数、控制模态振荡频率之间的关系；S6：根据动态响应需求，反向推演并调整控制器参数，完成风机参数调试。2.根据权利要求1所述的一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法，其特征在于，所述全变流器型风机包括以下三部分：永磁同步发电机与机侧变流器、直流环节与电网侧变流器、同步锁相环。3.根据权利要求2所述的一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法，其特征在于，全变流器型风机的控制回路包括：风机转速控制回路、风机侧变流器Q轴电流控制回路、风机侧变流器D轴电流控制回路、电网侧变流器直流电压控制回路、电网侧变流器D轴电流控制回路、电网侧变流器无功功率控制回路、电网侧变流器Q轴电流控制回路和锁相环控制回路。4.根据权利要求3所述的一种基于解析惯性模型的全变流器型风机参数调试方法，其特征在于，风机转速控制回路的动态方程为：其中，P
pm
为风电输入的机械功率，P
pe
为输出有功功率，H
pr
为风机转子的惯性常数，ω
prref
为风机转子角速度ω
pr
的参考值，K
ppx
和K
pix
为风机各个控制器的比例积分参数，x＝1,2,...,6；风机侧变流器Q轴电流控制回路的动态方程为：其中，v
psq
为定子绕组直轴电压，ψ
psq
为风机的直轴磁链，X
pq
为定子绕组直轴电抗，i
psdref
为i
psq
的参考值；风机侧变流器D轴电流控制回路的动态方程为：
其中，R
ps
得到为定子绕组电阻，v
psd
为定子绕组直轴电压，ψ
psd
为风机的直轴磁链，ω0为基准角速度，X
pd
为定子绕组直轴电抗，ψ
pm
为永磁体产生的磁链，i
psdref
为i
psd
的参考值；电网侧变流器直流电压控制回路的动态方程为：其中，C
p
为直流电容，P
ps
为风机的有功功率输出，P
pc
为电网侧变流器的有功功率输入，V
pdcref
为V
pdc
的参考值；电网侧变流器D轴电流控制回路的动态方程为：其中，V
pcd
为电网侧变流器的直轴输出电压，i
pcd
和i
pcq
为电网侧变流器的直轴和交轴的输出电流，V<...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗坚强，卜思齐，张展，范竞敏，倪强，赵卓立，殷豪，孟安波，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：