[发明专利]一种基于盖尔圆定理的双馈风机并网系统稳定性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于盖尔圆定理的双馈风机并网系统稳定性分析方法。该方法包括如下步骤：计算双馈风机并网系统的等效前级输出阻抗和等效后级输入导纳，获得系统整体传递函数并获得双馈风机并网系统的回率矩阵；设置禁区以限制回率矩阵特征值的分布；推导计算盖尔圆圆心与禁区的距离和盖尔圆半径，取其差值作为稳定性判据，进而可判定系统的稳定性。基于本发明方法，可以有效分析弱电网条件下不同物理/控制参数对双馈风机并网系统稳定性的影响机理，进而可以指导双馈风机控制系统环路参数的设计，并且其保守性相较于现有的改进sum‑范数、IFRC判据等更小。

技术领域

本发明属于双馈风力发电机并网稳定性研究领域，具体为一种基于盖尔圆定理的双馈风机并网系统稳定性判据，并可对双馈风机并网系统进行稳定性分析。

背景技术

为了应对传统化石能源危机和由此带来的环境污染问题，开发利用新能源已成为世界各国的共识。其中，风力发电，经过近二十多年的开发实践，已成为公认的最具有商业利用前景的新能源形式之一。在各种类型的并网风机装备中，双馈型风电机组由于具有励磁变流器容量小、成本低、运行效率高等优点，长期占据风机市场2/3以上份额。由于我国风电资源和电力负荷的逆向分布特性，风电机组大多接入电网末端，考虑到大规模集中式开发、远距离输送等风电开发模式下长输电线路的阻抗因素，低短路比已成为风电机组接入电网的主要形态。低短路比电网下，双馈风机并网系统的稳定性成为研究重点。

双馈风机并网系统是典型的多输入多输出(MIMO)系统，传统针对单输入单输出(SISO)系统的稳定分析方法，如Nyquist判据、Middlebrook判据等不再适用。针对MIMO系统，通常采用状态空间法。然而，状态空间法在不同运行条件下需多次列写状态变量，并计算各状态变量的特征值及阻尼比及每个环节的参与因子的方式分析并网稳定性。

阻抗分析法仅需要一次建立并网设备的输入阻抗模型，即可分析不同稳态运行点下并网系统稳定性。因此，Belkhayat等人将SISO系统的阻抗稳定性判据推广到MIMO系统，但是保守性较大。母秀清等人基于sum-范数提出了改进sum-范数判据，并对其进行了保守性分析。葛兴来等人以x＝-1为边界建立了基于禁区改进的稳定性判据(IFRC)，进一步提高稳定性分析的有效性，但仍具有较大的保守性。如何减小稳定性判据的保守性是阻抗法稳定性判别的关键。

因此，亟需提出一种能够进一步减小稳定性分析保守性的MIMO级联系统的稳定性判据。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于盖尔圆定理的双馈风机并网系统稳定性分析方法。本发明通过MIMO级联系统阻抗回率矩阵，通过设置禁区以及划分复平面，计算盖尔圆圆心与禁区的距离和盖尔圆半径，取其差值作为稳定性判据；本发明可简单有效地分析低短路比电网下双馈风机并网系统的稳定性，具有更低的保守性，提高了稳定性分析的准确性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于盖尔圆定理的双馈风机并网系统稳定性分析方法，包括如下步骤：

(1)计算双馈风机并网系统的等效前级输出阻抗和等效后级输入导纳，获得系统整体传递函数并获得双馈风机并网系统的阻抗回率矩阵L_DFIG；

(2)设置禁区以限制回率矩阵特征值的分布，推导计算盖尔圆圆心与禁区的距离和盖尔圆半径，取其差值作为稳定性判据，进而判定系统的稳定性。

进一步地，步骤(1)包括：

(1.1)求取双馈风机并网系统的等效前级输出阻抗，得到：

其中，R_line和L_line为弱电网电阻和电感，ω_s为电网角频率，D为微分运算子；

(1.2)求取双馈风机并网系统的等效后级输入导纳，得到：