[发明专利]一种双馈风机并网系统稳定性分析方法

说明书

本发明公开一种双馈风机并网系统稳定性分析方法，属于电气工程技术领域。该方法在极坐标下建立了双馈风机转子侧变流器端口和网侧变流器端口的小信号阻抗模型，在极坐标下建立了电网侧网络端口的小信号阻抗模型。根据建立的双馈风机转子侧变流器端口的小信号阻抗模型、双馈风机网侧变流器端口的小信号阻抗模型和网络端口的小信号阻抗模型，计算得到双馈风机端口的广义阻抗和电网侧网络端口的广义阻抗，将两个广义阻抗相除得到对应的比值，根据奈奎斯特判据判断双馈风机并网系统的稳定性。本发明方法可用于分析双馈风机并网系统的稳定性，为理解大规模风电接入电网后引起的振荡机理提供理论基础。

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种双馈风机并网系统稳定性分析方法。

背景技术

随着全球能源危机的不断加剧和环境污染的日益严重，以光伏、风能为代表的可再生清洁能源发电越来越受到重视。我国能源资源分布不均，长期存在电能大规模远距离输送的需要，高比例可再生能源集群并网已经成为新能源发电产业未来发展的重要趋势。

其中，双馈风电机组所需的变流器容量小，功率损失小，因此被广泛应用在风力发电系统中。但是随着风电机组渗透率的增大和交流电网的相对变弱，双馈风电机组设备之间、及其与交流电网之间的相互作用越发突出，容易引发系统稳定问题。如2009年美国德克萨斯州风场次同步振荡事件、新疆哈密地区发生的大规模风电机群经弱交流以及天中特高压直流系统送出的次同步振荡问题。

新能源发电设备通常以变流器为接口接入交流电网，而基于频域理论的阻抗分析法是用于分析变流器并网稳定性的常用方法之一，其原理是分别建立新能源并网设备和交流网络的频域阻抗端口特性，并利用两个系统的阻抗比判断系统的稳定性。在全局坐标系下，建立广义阻抗形式的变流器和网络阻抗阻抗模型，将系统转化为单输入输出系统，并可利用奈奎斯特判据对系统稳定性进行分析。

目前所提出的广义阻抗模型主要针对变流器经过滤波电路接入电网的新能源系统，如直驱风电机组、光伏发电机组等。而在双馈风机中，同时存在转子侧变流器和网侧变流器，并且转子侧变流器经过双馈感应电机接入电网，目前尚未出现相关研究报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，分析双馈风机并网系统的稳定性，本发明提出了一种用于双馈风机并网系统稳定性分析方法，用于判断双馈风机并网系统的稳定性，为新能源发电设备接入电网稳定运行提供基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种双馈风机并网系统稳定性分析方法，包括以下步骤：

步骤(1)，在极坐标下建立双馈风机转子侧变流器端口的小信号阻抗模型；

步骤(2)，在极坐标下建立双馈风机网侧变流器端口的小信号阻抗模型；

步骤(3)，在极坐标下建立电网侧网络端口的小信号阻抗模型；

步骤(4)，根据步骤(1)和步骤(2)获得的双馈风机转子侧变流器和网侧变流器端口的小信号阻抗模型，计算双馈风机端口的广义阻抗；根据步骤(3)获得的电网侧网络端口的小信号阻抗模型，计算电网侧网络端口的广义阻抗；

步骤(5)，将步骤(4)获得的两个广义阻抗相除得到相应的比值，利用奈奎斯特判据判断双馈风机并网系统的稳定性。

进一步，优选的是，步骤(1)～(3)中极坐标下建模是以幅值和相角为表示形式的极坐标建模。

进一步，优选的是，在极坐标下建立双馈风机转子侧变流器端口的小信号阻抗模型的表达式为：