[发明专利]直驱式风力发电机组机电暂态建模方法及机电暂态模型

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机组的建模方法及暂态模型，具体涉及一种直驱式风力发电机组机电暂态建模方法及机电暂态模型。

背景技术

应用最广泛的两种类型的风机为双馈式风机和直驱式风机。与双馈式风机相比，直驱式风机不仅具有更能适应低风速、噪声小、结构简单、运行效率高、后续维护成本低等优点，而且直驱式风机电机侧变流器可实现最大功率跟踪控制、电网侧变流器可控制直流电压恒定、直驱式风机发电机的转速与并网频率没有关系、直流卸荷电路可有效隔离电网故障对发电机侧的影响等特点，因此直驱式风机在全国风电场中所占的比重越来越高。直驱式风机根据发电机侧整流器的不同，分为两种典型的结构，不可控整流+多重Boost+PWM逆变器结构和背靠背双PWM变流器结构。电机侧选用不可控整流+多重Boost通常是考虑低价格和低损耗，但是它不能控制电流的相位，不能供给发电机所需要的无功功率。电机侧选用PWM变流器可以很好地控制永磁同步发电机，得到恒定的功率因数，谐波含量低，能量双向流动，恒定的直流电压等，但成本较高，损耗较大。

目前大量文献研究了直驱式风电系统的数学模型，对空气动力学模型、轴系模型、永磁同步电机模型、变频器及控制模型等分别进行了建模，并仿真研究了整个系统的运行特性。上述模型均是基于电磁暂态模型进行建模仿真，当用于大规模风电场接入系统影响分析计算时，其较为复杂，计算速度慢，数值收敛性差。而大电网稳定仿真计算对直驱式风机的模型提出了更高的要求，仿真计算的步长大，计算速度快，同时还要求具有很好的数值稳定性和收敛性。因此，需要深入研究风机的电磁暂态模型，在不影响风机外特性的前提下，简化风机及控制器电磁暂态模型快动态的过程，研究剔除影响收敛性的风机电耦合过程。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种直驱式风力发电机组机电暂态建模方法及机电暂态模型，本发明从实际的物理装置出发，通过合理的假设，对直驱式风电系统的电磁暂态模型进行了简化，同时考虑了变频器直流电压的动态过程和低电压穿越特性。仿真结果表明，该模型仿真曲线和直驱式风电机组低电压穿越实测曲线一致，结果准确、可靠，用于分析大规模直驱式风电场接入对电力系统暂态稳定性的影响。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其改进之处在于，所述建模方法包括下述步骤：

A、构建风力发电机组机侧模型；

B、构建风力发电机组直流电压及卸荷电路模型；

C、构建风力发电机组网侧变流器及控制系统模型；

D、构建风力发电机组低电压穿越控制模型。

其中，所述步骤A中，所述风力发电机侧模型包括风速模型和风能-功率模型。

其中，将所述风速模型中的风速分为基本风、阵风、渐变风、随机噪声风四个分量；所述基本风为常量，数值保持不变。

其中，所述阵风用于描述风速突变的特性；在风电系统的动态仿真中，考察风电系统在风速扰动下的动态特性；其数学表达如下式所示：

VG=0t<TsVcosTs≤t≤Te0t>Te]]>      ①；