[发明专利]一种常规控制策略下直驱式风力发电系统的动态特性分析方法

权利要求书

1.一种常规控制方式下直驱式风力发电并网系统分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、分析直驱式风力发电系统控制，包括风机的最大功率控制、机侧变流器控制以及网侧逆变器控制；风机的最大功率控制为：

P_WTref＝P_mppt+P_vic

其中P_MPPT为最大跟踪功率，P_vic为虚拟惯量功率；

S2、建立直驱式风电并网系统状态空间模型，包括机侧变流器系统状态空间模型、网侧逆变器系统状态空间模型；直驱式风电并网系统状态空间模型为：

其中，Δx为系统变量，Δx＝[Δω Δδ Δi_sq Δi_sd Δx_cq Δx_cd Δx_f Δx_s]]^T，Δω为电网频率增量，Δi_sq、Δi_sd分别为定子q、d轴电流增量，Δx_cd、Δx_cq、Δx_s为状态变量，Δx_f为虚拟惯量环节的输出，δ为功角；

网侧逆变器系统状态空间模型为：

其中，A、B为矩阵，Δi_sqref为定子d轴参考电流增量，ΔP_e为输出发电机电磁功率增量，ΔP_vic为虚拟惯量功率增量；ω为系统角频率，U_g为并网电压，Hc为电容时间常数，K_iu为电压环积分系数，K_pu为电压环比例系数，K为系统结构参数,ω₀为额定角频率，Pe为电磁功率，δ为功角；

S3、利用电气转矩分析方法，分析系统的动态特性，计算系统等效动态特征参数；

系统的惯量、阻尼和同步特性的特征参数为：

其中，T_H为系统惯量特征参数，T_D为系统阻尼特征参数、T_S为同步特性特征参数，T_Hm、T_Dm和T_Sm分别表征机侧发电系统的惯性、阻尼和同步时间常数；

S4、仿真验证分析结论。

2.根据权利要求1所述的一种常规控制方式下直驱式风力发电并网系统分析方法，其特征在于：在步骤S1中，机侧变流器控制目标是控制风机输出功率，实现风能的最大利用。

3.根据权利要求1所述的一种常规控制方式下直驱式风力发电并网系统分析方法，其特征在于，在步骤S1中网侧变流器控制目标是维持直流电压母线稳定，保障逆变器系统的有效并网。

4.根据权利要求1所述的一种常规控制方式下直驱式风力发电并网系统分析方法，其特征在于：在步骤S1中，虚拟惯量功率P_vic为

其中，k_d为虚拟惯量控制器控制系数，T为低通滤波器时间常数，s为微分算子。

5.根据权利要求1所述的一种常规控制方式下直驱式风力发电并网系统分析方法，其特征在于，在步骤S3中，机侧变流器系统的传递函数为：

Gs、Gc分别为功率环和电流环的传递函数，U_sq为稳态运行时发电机定子q轴的电压，s为微分算子，L_s为发电机同步电感。

6.根据权利要求1所述的一种常规控制方式下直驱式风力发电并网系统分析方法，其特征在于，在步骤S2中直驱式风电并网系统由风机驱动的永磁同步发电机、机侧变流器和网侧逆变器三部分构成。