双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法和系统，将双馈风机的机电暂态仿真建模分为一次系统和二次系统两部分分别建模，一次系统由机电暂态仿真软件采用标准模型进行建模，二次系统由设备厂家采用动态链接库方式进行建模，既可以降低设备厂家建立动态链接库模型的难度和工作量，实现对双馈风机的完全准确建模，又能保护设备厂家的商业机密，不存在控制策略泄密的风险，解决了现有的双馈风机机电暂态仿真在设备厂家不公开机型控制策略的情况下，难以准确对双馈风机进行建模，使得双馈风机的仿真机组模型与实际机组模型的动态响应相同，导致机电暂态仿真结果准确性低的技术问题

【技术实现步骤摘要】
双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法和系统


[0001]本专利技术涉及电力系统机电暂态分析
，尤其涉及一种双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法和系统
。

技术介绍

[0002]机电暂态仿真是电力系统进行安全稳定计算应用最广泛的手段之一
。
在“碳达峰
、
碳中和”的背景下，风力发电等新能源发电系统迅速发展，其在电力系统中的电源装机比例逐渐升高，双馈风机发电系统的动态特性对电力系统的暂态稳定性影响逐渐增大，双馈风机发电系统模型是否准确成为机电暂态仿真结果是否准确的关键因素
。
[0003]双馈感应风力发电机组是风机的主要类型之一，其定子直接与电网相连，转子通过换流器与电网相连，定子和转子均可以向电网馈电
。
在现有的机电暂态仿真中，对于双馈风机，一般由仿真软件提供标准模型，包括风力机模型
、
齿轮箱模型
、
异步发电机模型
、
转子侧换流器和电网侧换流器一次系统模型
、
转子侧换流器和电网侧换流器控制系统模型等
。
每部分模型由仿真软件给出几种典型模型结构，在某一个具体的双馈风机型号建模时，从仿真软件给出的几种典型模型结构中选择一种，并辨识出一组参数，用来拟合实际型号双馈风机的动态响应
。
双馈风机模型结构如图2所示，在双馈风机中，风力机的作用是截获流动空气中所携带的风能并将其转化为机械能，最终输入发电机组中转化为所需的电能，因此风力机从源头上决定着整个风力发电系统的功率水平
。
双馈风力发电系统的发电机类型为异步发电机，与异步发电风机不同的是，其转子回路通过换流器连接到机端，转子回路类似于同步电机的励磁回路
。
双馈风机的异步发电机和风力机通过齿轮箱连接
。
双馈风力发电机机组转子侧换流器的主要作用是控制发电机变速运行捕获最大风能，实现发电机定子侧的有功功率和无功功率控制，一般采用定子磁链定向矢量控制
。
双馈风机电网侧换流器的控制目标是保持换流器直流侧电容电压的恒定和控制网侧换流器与电网交换的无功功率为给定值，一般采用电网电压定向的矢量控制
。
[0004]在实际的双馈风机系统中，设备厂家众多，每个设备厂家也包括多种不同的机型，每种机型也可能因为控制软件升级产生不同的控制软件版本，每种不同机型或不同软件版本的机组动态响应均不相同
。
并且，由于商业保密等原因，双馈风机设备厂家并不会公开机型的相关控制策略
。
因此，仿真软件提供的标准模型和根据标准模型辨识得到的机组模型，与实际机组的控制策略可能存在较大差异，动态响应也难以完全相同，不能准确的模拟双馈风机的动态响应，最终影响双馈风机发电的消纳和送出
。
因此，如何在双馈风机设备厂家不公开机型控制策略的情况下，准确对双馈风机进行建模，使得双馈风机的仿真机组模型与实际机组模型的动态响应相同，提高机电暂态仿真结果的准确性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法和系统，用于
解决现有的双馈风机机电暂态仿真在设备厂家不公开机型控制策略的情况下，难以准确对双馈风机进行建模，使得双馈风机的仿真机组模型与实际机组模型的动态响应相同，导致机电暂态仿真结果准确性低的技术问题
。
[0006]有鉴于此，本专利技术第一方面提供了一种双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法，包括：
[0007]将双馈风机划分为一次系统和二次系统；
[0008]通过机电暂态仿真软件提供的标准模型结构和由设备厂家提供的一次系统设计参数构建一次系统模型；
[0009]通过动态链接库构建二次系统模型，二次系统模型包括转子侧换流器控制系统模型和电网侧换流器控制系统模型；
[0010]将一次系统模型与二次系统模型连接；
[0011]在二次系统模型初始化阶段，二次系统模型由一次系统模型调用，确保双馈风机发电系统的机电暂态仿真从平衡态起步，二次系统模型根据动态链接库模型的内部参数
、
一次系统模型的并网点电压信息
、
并网点频率信息
、
异步发电机信息和换流器一次系统信息进行初始化，计算双馈风机换流器直流电压和网侧换流器输出的电流
dq
轴分量，并将计算结果传递至一次系统模型；
[0012]在仿真计算阶段，二次系统模型的每个步长由一次系统模型调用，二次系统模型从一次系统模型获取并网点电压信息
、
并网点频率信息
、
异步发电机信息和换流器一次系统信息，计算双馈风机电网侧换流器输出的电流
dq
轴分量和转子侧换流器输出的电压
dq
轴分量，并将计算结果传递至一次系统模型
。
[0013]可选地，并网点电压信息包括正序电压幅值
、
正序电压相角
、
负序电压幅值
、
负序电压相角
、
零序电压幅值和零序电压相角
。
[0014]可选地，异步发电机信息包括定子电流
dq
轴分量
、
定子电压
dq
轴分量
、
转子电流
dq
轴分量和转子转速，换流器一次系统信息包括电网侧换流器输出的有功功率和无功功率
。
[0015]可选地，并网点电压信息
、
并网点频率信息
、
异步发电机信息和换流器一次系统信息均采用有名值
。
[0016]可选地，动态链接库采用
C、C++
或
FORTRAN
语言编写
。
[0017]本专利技术第二方面提供了一种双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模系统，包括：
[0018]预处理模块，用于将双馈风机划分为一次系统和二次系统；
[0019]第一建模模块，用于通过机电暂态仿真软件提供的标准模型结构和由设备厂家提供的一次系统设计参数构建一次系统模型；
[0020]第二建模模块，用于通过动态链接库构建二次系统模型，二次系统模型包括转子侧换流器控制系统模型和电网侧换流器控制系统模型；
[0021]连接模块，用于将一次系统模型与二次系统模型连接；
[0022]调用模块，用于：
[0023]调用初始化功能，在二次系统模型初始化阶段，二次系统模型由一次系统模型调用，确保双馈风机发电系统的机电暂态仿真从平衡态起步，二次系统模型根据动态链接库模型的内部参数
、
一次系统模型的并网点电压信息
、
并网点频率信息
、
异步发电机信息和换
流器一次系统信息进行初始化，计算双馈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法，其特征在于，包括：将双馈风机划分为一次系统和二次系统；通过机电暂态仿真软件提供的标准模型结构和由设备厂家提供的一次系统设计参数构建一次系统模型；通过动态链接库构建二次系统模型，二次系统模型包括转子侧换流器控制系统模型和电网侧换流器控制系统模型；将一次系统模型与二次系统模型连接；在二次系统模型初始化阶段，二次系统模型由一次系统模型调用，确保双馈风机发电系统的机电暂态仿真从平衡态起步，二次系统模型根据动态链接库模型的内部参数
、
一次系统模型的并网点电压信息
、
并网点频率信息
、
异步发电机信息和换流器一次系统信息进行初始化，计算双馈风机换流器直流电压和网侧换流器输出的电流
dq
轴分量，并将计算结果传递至一次系统模型；在仿真计算阶段，二次系统模型的每个步长由一次系统模型调用，二次系统模型从一次系统模型获取并网点电压信息
、
并网点频率信息
、
异步发电机信息和换流器一次系统信息，计算双馈风机电网侧换流器输出的电流
dq
轴分量和转子侧换流器输出的电压
dq
轴分量，并将计算结果传递至一次系统模型
。2.
根据权利要求1所述的双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法，其特征在于，并网点电压信息包括正序电压幅值
、
正序电压相角
、
负序电压幅值
、
负序电压相角
、
零序电压幅值和零序电压相角
。3.
根据权利要求2所述的双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法，其特征在于，异步发电机信息包括定子电流
dq
轴分量
、
定子电压
dq
轴分量
、
转子电流
dq
轴分量和转子转速，换流器一次系统信息包括电网侧换流器输出的有功功率和无功功率
。4.
根据权利要求3所述的双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法，其特征在于，并网点电压信息
、
并网点频率信息
、
异步发电机信息和换流器一次系统信息均采用有名值
。5.
根据权利要求1所述的双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模方法，其特征在于，动态链接库采用
C、C++
或
FORTRAN
语言编写
。6.
一种双馈风机发电系统的机电暂态分析模型建模系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏寅生，赵利刚，周保荣，徐原，马骞，周挺辉，姚海成，王长香，高琴，甄鸿越，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：