[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

说明书

本公开提出了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，其中，动态模型包括：分别针对风力发电机、背靠背变换器的网侧系统和直流母线建立基于扩展谐波域的双馈异步发电机动态模型、基于扩展谐波域的变换器网侧系统动态模型和基于扩展谐波域的变换器直流母线动态模型。同时还将变换器两侧的开关函数产生的谐波含量考虑在网侧系统和直流母线的扩展谐波域模型中。将发电机、背靠背变换器的网侧系统和直流母线共三个子模型合并为一个谐波状态空间方程，得到双馈风力发电系统的扩展谐波域模型，实现了对发电机定转子电流的动态跟踪，不仅能精准表征基频电流的变化，亦可用于分析高倍频定子谐波电流特征，达到监测和准确评估的目的。

技术领域

本公开涉及风力发电相关技术领域，具体的说，是涉及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。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

为缓解能源危机，减轻环境污染，可再生能源发电迅速崛起。风电作为中国第三大电源，双馈异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator，DFIG)是并网风机中的主流机型。风速变化具有的随机性、间歇性特点导致电能输出不稳定，因此风力发电并网时需接入大量电力电子装置以控制输出电能符合并网标准。而电力电子装置的应用同时引入了高频次、宽频域的不确定性谐波电流，当发电机定子电压和电流中含有谐波分量时，会使定子输出有功功率和无功功率发生脉动，易诱发风机与电网的振荡、瞬时谐波相互作用和电压闪变等复杂问题，严重时导致风机解列，影响电网安全稳定运行。双馈风力发电系统内部谐波的影响因素众多，包括电网背景谐波、电力电子器件调制等，要准确把握双馈风机的谐波输出特征，首先要建立精确的风机动态模型，分析其内部的暂态变化过程，获知电机谐波电流的连续时间域的变化情况以及可能的暂态不安全行为，为进一步研究风机与电网间的谐波相互作用提供理论基础，并为后续设计滤波器和改善控制策略提供模型基础。

国内外学者在建立双馈风力发电系统的动态模型方面已有一定研究，分析风机并网点谐波特性主要运用时域仿真方法，量化不同出力和风况下的谐波变化，并给出风机并网点的谐波频谱。对于双馈风力发电机，发电机模型的选择影响定子电流计算的精度。然而双馈风力发电系统复杂的系统构造和控制策略制约了模型精度，大部分动态模型对风机进行了不同程度的简化，常基于简化的背靠背变换器建立风机的平均值模型。发明人发现，简化背靠背变换器，忽略开关调制过程，会导致模型分析谐波的准确度降低，同时对风机运行的暂态过程及其控制的把握也会有偏差。同时，现有平均模型一般应用于连续时不变系统，不满足跟踪系统内各变量的动态变化的要求。另一方面，现有的风机通用平均模型通过dq坐标变换，使基频成分在dq坐标系下转换为直流量，但是单一的dq变换无法顾及到其他稳态谐波，应用于分析谐波特性计算量较大。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了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，扩展谐波域模型考虑了双馈异步发电机定子电压、定子电流、转子电压和转子电流的各次谐波的状态空间模型，既适用于表征暂态情况下的谐波动态，又可用于分析稳态情况下发电机定子输出电流的谐波特征，达到监测和准确评估的目的。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了基于扩展谐波域模型的风力发电系统输出监测方法，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；