[发明专利]一种含虚拟惯量控制的双馈风电机组降阶仿真系统及方法

摘要

本发明公开了风力发电系统技术领域中一种含虚拟惯量控制的双馈风电机组降阶仿真系统及方法，该降阶仿真系统由数据采集模块、特征根分析模块、时域仿真验证模块以及结果输出模块顺序连接组成。仿真方法首先计算双馈风电机组各状态变量的衰减时间常数，并根据各状态变量的衰减快慢关系，从时间尺度探究双馈风电机组各组成部分的动态特性；然后计及机组机电耦合特性，推导保留虚拟惯量控制和锁相环动态的3阶简化模型；最后构建出降阶模型接入多机互联系统的动态模型。本发明能正确且有效地分析含虚拟惯量控制的双馈风电机组接入对系统小干扰稳定性的影响，解决了含虚拟惯量控制的双馈风电机组阶数较高、不便分析计算的难题。

主权项

1.一种含虚拟惯量控制的双馈风电机组降阶仿真系统，所述双馈风电机组降阶仿真系统包括数据采集模块、特征根分析模块、时域仿真验证模块以及结果输出模块依次连接，其特征在于，所述数据采集模块用于采集双馈风电机组降阶仿真系统数据，将其传递给特征根分析模块；所述特征根分析模块用于接收数据采集模块传递的数据，在控制器参数不同的情况下分析简化模型是否合理；所述时域仿真验证模块用于验证特征根分析模块结果的正确性和有效性；所述结果输出模块用于输出简化模型能否正确反应双馈风电机组的动态特性的信息；所述简化模型为保留虚拟惯量控制和锁相环动态的3阶简化模型；该3阶简化模型通过如下的含虚拟惯量控制的双馈风电机组降阶仿真方法获得：步骤1、建立考虑转子电压、锁相环、虚拟惯量控制、转子侧变频器以及风电机组机械部分的暂态特性的双馈风电机组详细模型；步骤2、计算模型中各状态变量的衰减时间常数，根据各状态变量的衰减快慢关系，从时间尺度描述双馈风电机组各组成部分的动态特性；步骤3、构建保留虚拟惯量控制和锁相环动态的3阶简化模型，推导多机互联系统的状态方程；所述步骤1中双馈风电机组详细模型包括锁相环模型和虚拟惯量控制模型；锁相环模型动态方程表示为：ω_{s_PLL}＝K_{I_PLL}x_PLL‑K_{P_PLL}u_sd；式中：x_PLL为跟踪定子d轴电压的误差积累，u_sd为双馈风电机定子d轴电压,δ_PLL表示观测到的定子电压矢量领先xy坐标中x轴的角度，ω_{s_PLL}为锁相环测得的dq标系旋转角速度，ω_n为电网频率，K_{P_PLL}和K_{I_PLL}为锁相环PI控制器参数；为变量x_PLL沿时间的导数，为变量δ_PLL沿时间的导数；虚拟惯量控制模型表示为：式中：x_ω为引入的中间变量；f_meas为系统的频率测量值，由锁相环测得，即T_ω为微分环节的时间常数；为变量x_ω沿时间的导数；式中：P_ref为实际有功输出，P_opt为最大功率跟踪模块输出的有功参考值，P_J为虚拟惯量控制的功率输出信号；K_ω为虚拟惯量控制环节的比例系数，用于模仿虚拟惯量，K_ω＞0；所述步骤2中从时间尺度描述双馈风电机组各组成部分的动态特性包括：步骤201、构建含双馈风电机组的电力系统模型；步骤202、分析计算当双馈风电机组运行在满发状态时，各状态变量的时间常数；步骤203、改变虚拟惯量的大小，分析计算此时各状态变量的时间常数；步骤204、改变锁相环PI参数，分析计算此时各状态变量的时间常数；所述步骤3中保留虚拟惯量控制和锁相环动态的3阶简化模型为其中：Δω_{s_PLL}＝K_{I_PLL}Δx_PLL‑K_{P_PLL}Δu_sd，U_s为双馈风电机出口电压，δ_u为实际的双馈风电机定子电压矢量相位，Δω_{s_PLL}为锁相环测得的dq标系旋转角速度的变化量，Δu_sd为双馈风电机定子d轴电压的变化量，Δδ_PLL为观测到的定子电压矢量领先xy坐标中x轴的角度的变化量，为Δδ_PLL沿时间的导数，Δδ_u为实际的双馈风电机定子电压矢量相位的变化量，为跟踪定子d轴电压的误差积累变化量的沿时间的导数，Δx_ω为x_ω的变化量，为Δx_ω沿时间的导数；K_{P_PLL}和K_{I_PLL}为锁相环PI控制器参数。