[发明专利]基于扩展谐波域模型的风力发电系统输出监测方法及系统

权利要求书

1.基于扩展谐波域模型的风力发电系统输出监测方法，其特征是，包括如下步骤：

分别针对风力发电机、变换器的网侧系统和直流母线建立时域模型；

分别获取风力发电机、变换器的网侧系统和直流母线的电气参数数据；

针对建立的时域模型，通过矢量变换以及频域定常化，根据获取的电气参数数据分别针对风力发电机、变换器的网侧系统和直流母线建立扩展谐波域模型；

针对风力发电机建立基于扩展谐波域的双馈异步发电机动态模型的方法，包括如下步骤：

根据双馈异步发电机的dq等效电路模型，以定子电流和转子电流为状态量，以定子电压和转子电压为输入量，建立双馈异步发电机的状态空间方程，具体为：

式中，ω_m是发电机转子电角频率，ω_s是发电机定子角频率，是ω_s的托普利兹矩阵形式，i_ds和i_qs分别是定子电流的d轴和q轴分量；i_dr和i_qr分别是转子电流的d轴和q轴分量；R_s为发电机定子电阻，R_r为发电机转子电阻，L_s、L_r、L_m分别为发电机定子电感、转子电感和励磁电感；v_ds和v_qs分别是定子电压的d轴和q轴的分量；v_dr和v_qr分别是转子电压的d轴和q轴分量；

根据双馈异步发电机的状态空间方程和扩展谐波域核心方程，采用频域定常化方法获得双馈异步发电机的扩展谐波域动态模型；

获取风力发电机的电气参数数据，确定双馈异步发电机的谐波状态空间模型的系数，建立最终的双馈异步发电机的谐波状态空间模型；

针对背靠背变换器网侧系统建立基于扩展谐波域的变换器网侧动态模型的方法，包括如下步骤：

根据网侧系统等效电路模型及理想双向开关函数，建立网侧变换器模型，以及网侧变换器连接到电网的三相感性滤波器模型；

对网侧变换器模型和三相感性滤波器模型中的三相变量进行矢量变换，然后整合为同步旋转坐标系中网侧系统以状态空间方程形式描述的动态数学模型；

采用频域定常化方法将网侧系统的状态空间方程转化至扩展谐波域中；

针对直流母线建立基于扩展谐波域的变换器直流母线动态模型的方法，如下：

根据理想双向开关函数及两电平拓扑背靠背变换器，获得直流母线的直流输入和直流输出关系；获取直流母线的电容参数，建立直流母线的动态数学模型；将转子变量通过逆旋转变换转换到定子坐标系中，对三相变量进行矢量变换，建立同步旋转坐标系中直流母线的状态空间方程；

以直流母线电容电压为状态量，根据扩展谐波源核心方程，在原状态空间方程的左侧新增状态量的微分项；对直流母线的状态空间方程中的各状态量和输入量采用双边傅里叶分解成为谐波空间矢量，获得背靠背变换器直流母线的谐波状态空间模型，即获得扩展谐波域的变换器直流母线动态模型，表示为：

式中，和幅值相等，相位相反，分别代表直流母线上两个电容的对地电压；C₁、C₂为直流母线上大小相等的对地电容；理想双向开关函数分别表示网侧变换器A、B、C三相上下桥臂的开关状态；理想双向开关函数分别表示转子侧变换器A、B、C三相上下桥臂的开关状态；I_dg和I_qg分别对应网侧变换器输入电网的电流的d轴和q轴的分量；I_dr和I_qr分别对应转子输入转子侧变换器的电流的d轴和q轴的分量；C_3/2是将abc三相坐标系变量转换到dq坐标系的变换矩阵，上标-1表示逆矩阵；M^-1是旋转变换矩阵的逆；

整合建立的扩展谐波域模型，以电机定子端电压为输入，输出为电机定子电流、转子电流、网侧电流和变换器中直流母线电压的各次谐波分量，得到双馈异步风力发电机的整体扩展谐波域动态模型，具体表示为：

其中，系数矩阵中各元素表达式分别表示为：

利用所述整体扩展谐波域动态模型对风力发电系统的输出状态进行监测。