[发明专利]含VSG的双馈风机并网系统建模与次同步振荡分析的方法

说明书

本发明公开了一种含VSG的双馈风机并网系统建模与次同步振荡分析的方法，包括：在dq旋转坐标系下建立含VSG的双馈风机并网系统的全阶小信号状态空间方程；从DFIG输出阻抗角度，揭示出VSG参与次同步振荡的作用机理；基于所建的小信号状态空间方程，采用参与因子分析法，以阻尼比及振荡频率评估含VSG的双馈风机并网系统中各个模块对含次同步振荡量的主导振荡模态的影响作用；验证VSG参与次同步振荡机理分析的正确性。本发明提出的建模方法具有较好的适用性、可延伸性、可参考性，且具有物理意义明晰、模型精度高等优点；可基于该模型直接简便分析次同步振荡问题且本发明含VSG的双馈风机并网系统次同步振荡分析方法非常直观有效。

技术领域

本发明涉及一种含VSG的双馈风机并网系统建模与次同步振荡分析的方法，属于可再生能源发电系统领域。

背景技术

近年来，高比例新能源并网导致电网中电力电子装置渗透率不断提高，表征出低惯量、弱阻尼特性的电力电子设备大量接入给电网的安全稳定运行带来了巨大的挑战。其中，双馈风机(DFIG)经串联补偿线路外送风电时，在变流器与电网的交互作用下，面临次同步振荡的威胁。国内外已发生多起次同步振荡事故，受到了学者们广泛的关注。

目前，已有大量文献在发生机理、影响因素等方面对DFIG并网系统次同步振荡展开了分析研究。有文献推导DFIG转子侧控制器等效阻抗，指出转子侧控制器等效阻抗过大是诱发次同步振荡发生的主导因素。有文献分析锁相环的动态特性，探究出DFIG在弱电网下存在由锁相环主导的次同步振荡威胁。有文献剖析转子侧内外环耦合交互影响，揭示出转子侧参数对次同步振荡的影响机理。

虚拟同步发电机(VSG)模拟了同步发电机阻尼和惯性特性，有效解决了风能发电系统中弱阻尼与低惯量问题，在DFIG并网系统中得到了广泛的应用。然而，VSG的接入也改变了系统的动力学特征，使得次同步振荡分析更为复杂。有文献分析得到VSG表征出感性阻抗特性，探究出VSG易与串联补偿网络发生动态耦合，引发次同步振荡。有文献建立DFIG系统的VSG控制输出阻抗模型，研究了VSG控制参数对系统稳定性的影响规律，但未进一步分析VSG对该并网系统存在的次同步振荡影响。有文献构建含VSG的DFIG并网系统序阻抗模型，剖析出VSG有增加次同步振荡发生的风险，但并未明晰VSG控制参数与次同步振荡强度的对应关系。

针对VSG参与DFIG并网系统次同步振荡的研究尚不充分，且VSG如何影响DFIG次同步振荡的机理解释还有待完善。因此，亟需突破含VSG的双馈风机并网小信号状态空间建模的难题，分析VSG参与次同步振荡的影响机理及作用规律。

发明内容

本发明提供了一种含VSG的双馈风机并网系统建模与次同步振荡分析的方法，解决了考虑有功控制器、励磁控制、输出电压控制和锁相环影响时双馈风机并网系统的建模难题；进一步，从系统等效阻抗角度，揭示VSG参与次同步振荡的作用机理；同时，识别出参与次同步振荡的主要控制模块，分析出关键控制参数影响次同步振荡的作用规律。

本发明的技术方案是：一种含VSG的双馈风机并网系统建模与次同步振荡分析的方法，所述方法步骤如下：

步骤S1、在dq旋转坐标系下建立含VSG的双馈风机并网系统的全阶小信号状态空间方程；

步骤S2、从DFIG输出阻抗角度，揭示出VSG参与次同步振荡的作用机理；

步骤S3、基于所建的小信号状态空间方程，采用参与因子分析法，以阻尼比及振荡频率评估含VSG的双馈风机并网系统中各个模块对含次同步振荡量的主导振荡模态的影响作用；

步骤S4、验证VSG参与次同步振荡机理分析的正确性。

所述步骤S1具体为：

S1.1、采用电力系统小干扰稳定性分析方法，实现电力系统动态方程线性化；