[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

说明书

本发明公开了一种双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，包括以下步骤：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。本发明通过建立双馈异步风力发电机的小信号数学模型，分别控制转子电流的q，d轴分量，实现对定子输出电压d，q轴的控制。使VSG控制具有可行性。建立了VSG控制的数学模型，并根据环路分析建立转子侧变流器的VSG控制频域模型，利用广义根轨迹法分析VSG主要控制参数对系统稳定性的影响。最后在MATALB／Simulink中搭建了1.5MW双馈异步风力发电单机并网仿真模型，通过与传统控制方式的对比，验证了VSG控制方法的可行性以及参数分析的有效性。

技术领域

本发明涉及一种双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，属于电力安全工具技术领域。

背景技术

近年来，随着能源短缺不断加剧以及环境问题的日益严峻。基于电压源型变流器(VoltageSourceConverter，VSC)的风力发电得到了推广和应用，其装机容量、电压等级不断上升。传统采用矢量定向控制的VSC具有响应速度快、控制灵活等优势，但会出现惯性不足。电网的频率稳定性、运行安全性逐渐降低的问题。

随着虚拟同步发电机技术(VirtualSyn—chronousGenerator，VSG)的发展，部分学者提出了风电机组变流器的VSG控制策略，采用VSG控制的并网变流器无需锁相环，可通过自身调节实现并网；将虚拟惯量引入双馈异步电机(DoublyFedInductionGenerator，DFIG)的控制中，但这些方法目前未对虚拟同步发电机控制下的双馈异步电机的稳定性进行分析，且未给出参数的整体方法。部分研究建立了DFIG的数学模型，并引入了虚拟陨性控制部分，但未对虚拟同步发电机控制的关键参数进行量化分析。此外，虚拟同步发电机控制的变流器在弱网条件下运行时存在功率振荡问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，以双馈风力发电机为研究对象，在建立风机小信号等效模型的基础上，研究分析其虚拟同步发电机控制策略，使双馈风电机组具有更大的惯量和频率支撑能力，采用定子电压外环和转子电流内环的双闭环控制，提高瞬时值跟踪能力。根据建立的频域模型分析了虚拟同步发电机参数对稳定性的影响，并给出了参数设计方法。。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析方法，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。

作为本发明的进一步改进，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