[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

说明书

本发明公开了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，包括以下步骤：1、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；2、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；3、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性参数。4、仿真验证分析结论。本发明能简单快速分析风力发电系统的特性问题，指导新能源并网安全运行，减少故障的发生。

技术领域

本发明涉及一种风力发电并网分析方法，更具体地，涉及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。

背景技术

直驱永磁风力发电机组(directly-driven wind turbine with permanent-magnet synchronous generator,D-PMSG)具有体积小、运行成本低等优点，在风电并网中得到大规模的应用。与双馈型风机(doubly-fed induction generator,DFIG)不同，基于全功率变流器控制的D-PMSG功率控制与电网频率响应近乎完全解耦，大规模的风机经电力电子变换器接入电网，使得以火电、水电为主的传统电力系统动态行为发生了巨大的变化，电力系统安全稳定运行受到了一定的威胁。

为了促进清洁风电能源的有效利用，有必要分析风机接入电网时的运行特性，为风机大规模的开发利用提供理论支撑。风机接入电网后极大地改变了电力系统的动态行为，一方面：大规模风机接入电网引起电力系统一些不稳定现象，如低频振荡、次同步振荡等；另一方面：常规风电机组不能为电力系统提供惯量支撑，随着风电渗透率的提高，传统同步发电机组相对减小，使得系统备用惯量不足，容易引发系统频率不稳定。针对该问题，2017年第2期的《中国电机工程学报》中《具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法》一文中提出一种是适用于弱电网系统的自同步控制策略，提升风机系统的频率调整能力。2018年第9期的《电网技术》中《基于阻抗模型的并网变流器低频振荡机理研究》一文针对变流器动态特性问题，提出采用阻抗分析方法进行系统的低频振荡研究。2018年第23期的《中国电机工程学报》中《用于系统直流电压控制尺度暂态过程研究的电压源型并网变换器幅相运动方程建模与特性分析》一文提出建立系统直流电压时间尺度的系统幅相动力学模型研究系统的动态特性。

上述研究方法在一定程度上揭示了新能源系统引发的不稳定问题，但自同步方法还没有运用在风电并网系统中，同时现有阻抗分析方法与现有电力系统稳定性分析方法有较大的区别，不利于指导工程应用。

发明内容

本发明针对现有分析方法中阻抗分析方法与现有电力系统稳定性分析方法有较大的区别，不利于指导工程应用的问题。提供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，能够快速简单的分析风力发电系统的特性问题，指导新能源并网安全稳定运行。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

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，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：

网侧逆变器系统状态空间模型：