[发明专利]一种基于硬件优化的高阶暂态PMSG计算方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于硬件优化的高阶暂态PMSG计算方法及系统，属于永磁直驱风机建模，所述计算方法包括：搭建三相永磁直驱风机PMSG模型；利用park变换修改所述PMSG模型，得到dq轴PMSG模型；对所述dq轴PMSG模型进行离散化，得到PMSG高阶暂态模型；对离散化后得到的PMSG高阶暂态模型进行硬件流程优化，得到发电机模型出口端的电压电流。本发明中的上述方法优化了PMSG模型的计算过程，将传统的矩阵求逆计算解耦为线性方程计算，该简化计算方法在收敛性能和计算精度上具有良好的表现，适用于高阶暂态PMSG的计算。

技术领域

本发明涉及永磁直驱风机建模领域，特别是涉及一种基于硬件优化的高阶暂态PMSG计算方法及系统。

背景技术

风力发电作为解决能源危机和环境污染的有效手段，在世界范围内发展迅速。由于风力发电机组的结构和运行特性与传统同步发电机不同，大量风力发电机组并网将对电力系统暂态稳定性产生新的影响。为了研究风电接入电力系统的暂态稳定性，首先需要对风力发电机进行建模。在常用的风力发电机组中，永磁直驱风机(Permanent MagneticSynchronous Generator，PMSG)具有运行可靠性高、维护成本低、无功调节能力强等优点。PMSG在并网风力发电机组中的比例正在逐渐增加。因此，适用于暂态稳定分析的PMSG建模问题越来越受到关注。

目前PMSG电压电流计算方法以及存在的问题：

目前PMSG电压电流计算方法主要分为低阶计算方法和高阶计算方法两种，低阶计算方法为三阶，仅考虑转子d轴和q轴，以及转子运动方程；高阶计算方法为五阶及以上，考虑转子dq轴，以及dq轴阻尼绕组和转子运动方程。目前PMSG的计算方法几乎都采用低阶进行计算，忽略了定子暂态，认为定子绕组磁链不突变。低阶模型能用于研究转子摇摆稳定问题，但是无法用于研究定子暂态中的电磁暂态问题和转子运动中的瞬时力矩、轴系扭振等问题。在某些对电力系统发电机暂态稳定分析精度要求比较高的情况下需要使用高阶计算方法，它能够更加精确的体现发电机在暂态下的工作情况。高阶暂态PMSG的计算非常复杂，很难在硬件开发平台上PMSG进行计算。并且在基于硬件的模型开发中需要进行离散化建模，基于节点分析法的计算需要每个步长进行一次矩阵求逆，搭建高阶暂态PMSG较为困难，对硬件运算会造成较大的压力，影响计算速度。

因此，本发明提出了一种基于硬件计算流程简化的高阶暂态PMSG计算方法，优化了PMSG模型的计算过程，将传统的矩阵求逆计算解耦为线性方程计算，该简化计算方法在收敛性能和计算精度上具有良好的表现，适用于高阶暂态PMSG的计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于硬件优化的高阶暂态PMSG计算方法及系统，优化了PMSG模型的计算过程，将传统的矩阵求逆计算解耦为线性方程计算，该简化计算方法在收敛性能和计算精度上具有良好的表现，适用于高阶暂态PMSG的计算。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于硬件优化的高阶暂态PMSG计算方法，所述计算方法包括：

搭建三相永磁直驱风机PMSG模型；

利用park变换修改所述PMSG模型，得到dq轴PMSG模型；

对所述dq轴PMSG模型进行离散化，得到PMSG高阶暂态模型；

对离散化后得到的PMSG高阶暂态模型进行硬件流程优化，得到发电机模型出口端的电压电流。

可选的，所述dq轴PMSG模型包括：dq轴电压方程、磁链方程以及电磁转矩方程，其中，dq轴电压方程的表达式为：