[发明专利]双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法

权利要求书

1.一种双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，建立DFIG等效数学模型；

步骤S2，建立虚拟同步发电机数学模型；

步骤S3，建立VSG频域模型及参数分析；

步骤S4，VSG控制DFIG仿真验证。

2.根据权利要求1所述的双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，其特征在于，所述DFIG等效数学模型采用定子电压定向矢量控制策略，在d-q旋转坐标系中，采用q轴定向定子电压矢量，此时，定子和转子的电压方程分别为

式中，u_sd，u_sq，u_rd，u_rq分别为定子电压、转子电压的d，q轴分量；R_s，R_r分别为定、转子绕组的电阻；ω_s为定子电压频率；ω_e＝ω_s-ω_r为转子电压频率，其中ω_r为DFIG转子转速；ψ_sd，ψ_sq，ψ_rd，ψ_rq分别为定、转子磁链的d，q轴分量，其表达式分别为

式中：L_s，L_r，L_m分别为定、转子绕组电感、绕组间的互感。

3.根据权利要求2所述的双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，其特征在于，由于DFIG定子电压频率和幅值受转子励磁电压和电流影响，采用改进的电压控制策略对定子电压进行闭环控制。

4.根据权利要求3所述的双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，其特征在于，为简便控制算法，所述虚拟同步发电机数学模型采用同步发电机的二阶等效模型作为V SG控制的算法基础。

5.根据权利要求4所述的双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，其特征在于，根据牛顿第二定律，在极对数P＝l时，同步发电机转子机械运动方程表达式为

式中：J为DFIG转子的转动惯量；δ为功角；ω为同步发电机电角速度；T_m，T_e，T_d分别为SG机械转矩、电磁转矩、阻尼转矩；P_m，P_e分别为输入机械功率、输出电磁功率；Pd＝D(ω-ω₀)为反映SG阻尼绕组的阻尼功率，其中，ω₀为额定频率，D为虚拟阻尼系数。

6.根据权利要求6所述的双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，其特征在于，根据式(12)和式(13)，并考虑虚拟同步发电机的一次调压特性，可得出DFIG的VSG外环控制电路。

7.根据权利要求6所述的双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，其特征在于，所述VSG频域模型及参数分析采用的是虚拟同步发电机外环功率控制和定子电压、转子电流双闭内环的复合控制策略。

8.根据权利要求8所述的双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，其特征在于，在参数根轨迹中，当k_p＝0时，闭环特征根均位于虚轴上，但考虑k_p＝k_f+DO，因此，系统阻尼始终大于0；当k_p一定时，随着T_j的增大，有功控制环路阻尼减小，超调量增加；而当T_j一定时，随着k_p增大，控制系统阻尼增加，系统动态响应速度变慢；参数T_j和k_p需进行合理整定。