[发明专利]一种双馈风力发电机的降维建模分析方法

说明书

本发明公开了一种双馈风力发电机的降维建模分析方法，该降维建模方法一是综合考虑转子电流内环控制、锁相环、输电线路阻抗和交流弱电网电压等因素影响，使所建模型精准地分析双馈风力发电机在电网电压跌落等复杂工况下的小信号稳定性；二是通过对快作用时间尺度子系统简化，实现双馈风力发电机系统模型降维，极大简化双馈风力发电机状态空间模型的分析难度；三是高维非线性模型线性化过程通过灵活地运用各变量之间的电气关系，逐步剔除线性化模型中的非状态变量，最终建立双馈风力发电机小信号状态空间模型。本发明所建模型相比12维模型，模型维数降低幅度达1/3，有效提高了双馈风力发电机并网系统稳定性分析和设计的简便性。

技术领域

本发明属于双馈风力发电机建模领域，具体提出了一种双馈风力发电机的降维建模分析方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着传统化石能源危机和由此引发的环境污染问题的濒临和频现，开发利用新能源已成为维系人类社会可持续发展的必由之路。其中，风力发电，经过近二十年的实践检验，已经成为公认的最具有商业化发展前景的新能源形式。作为全球风电装机容量最大的消费者与生产者，中国在大规模发展风电方面有良好的风能资源条件、广阔充足的土地资源条件、较为成熟的风电产业基础、分布广泛和技术较为先进的电网以及未来电网进一步完善的发展作为支撑。

双馈风力发电机因其装机体积小，变频调速灵活性好等优点成为市面上的热门风电设备。近年来，并网准则要求双馈风力发电机在并网点发生故障导致电压跌落时，要保持并网运行并向电网注入一定的无功电流以支撑电网电压恢复。然而大型的风力发电厂通常都在偏远地区，因输电线路较长，故交流弱电网的阻抗不可忽略。这就导致当并网点电压跌落时，锁相环、转子电流内环和交流弱电网之间相互作用，可能会造成振荡或共振问题。

建立级联系统的小信号模型是分析系统稳定性的有效方法。但已有模型普遍存在维数过高而不容易实际应用的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种双馈风力发电机的降维建模分析方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双馈风力发电机的降维建模分析方法，该建模分析方法综合考虑双馈风力发电机、转子电流内环控制器、锁相环、坐标变换和交流弱电网阻抗等环节的影响，建立含非状态变量的小信号状态空间模型后，消除其中的非状态变量，获得双馈风力发电机的8维小信号状态空间模型，即

其中，[A₁]_8×8是状态空间矩阵；Δx代表状态变量，是状态变量Δx的微分。

进一步地，小信号状态空间模型的建立包括如下步骤：

(1)采集双馈风力发电机定子三相线电压、双馈风力发电机转子三相线电流、交流弱电网三相线电压和输电线路三相线电流；使用锁相环和编码盘分别采集双馈风力发电机定子相位角θ_PLL和转子角速度ω_r，对转子角速度ω_r积分得到转子相位角θ_r；通过锁相环采集双馈风力发电机在静态工作点处的定子电压角频率ω_PLL0，并与转子电压角频率ω_r作差获得转差角频率ω_slip0＝ω_PLL0-ω_r；对采集到的双馈风力发电机定子线电压、双馈风力发电机转子线电流、交流弱电网线电压、输电线路线电流分别变换至同步旋转坐标系得到双馈风力发电机定子电压相量U_s0、双馈风力发电机转子电流相量I_r0、交流弱电网电压相量U_g0、输电线路电流相量I_g0；

(2)将步骤(1)获得的电压、电流的电气量F代入下式，获得该电气量在坐标变换环节引入的小扰动分量ΔF_d、ΔF_q：