[发明专利]一种分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法

摘要

本发明公开了一种分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法，包括以下步骤：1)构建了完整的双馈风电机组(doubly fed induction generator，DFIG)的数学模型，包括轴系模型，发电机仿真模型及其控制系统模型；2)改变系统中调速器的增益参数，分析调速器对系统响应的影响；3)改变双馈发电机组的定转子电阻参数，采用特征根分析方法研究电阻参数的变化对系统的影响；4)发电机组从风电场不同接入点并网、运用征根分析方法研究特征值以及相应参与因子的变化，分析风电机组的状态变量对关键特征根的参与水平；保证联络线传送功率不，分析了不同风电出力、并网容量不同、不同工况下双馈风电机组动力学特性与电力系统动态行为的交互影响。

主权项

1.一种分析DFIG动力学特性与电力系统动态交互影响的方法，其特征在于，步骤如下：S1，建立双馈风电机组模型；具体步骤为：S1.1，构建风电机组轴系模型；所述轴系模型为包含发电机质块和风力机质块的两质量块轴系模型，具体公式为：式中：ωr是发电机轴的角速度；ωt是风力机轴的角速度；ωb是基准角速度值；Ht是风力机的惯性时间常数；Hg是发电机的惯性时间常数；θt是低速风机轴相对于高速发电机轴的扭曲角度；B是发电机转子的阻尼系数；Tsh是两质块间的转矩；Te是发电机的电磁转矩；Tm是风力机的机械转矩；两质块间的转矩Tsh、发电机的电磁转矩Te和风力机的机械转矩Tm的计算公式为：式中：Ksh是轴的刚度系数；Dsh是轴的阻尼系数；ρ是空气密度；r是风力机叶轮半径；ids是定子电流的d轴分量；iqs是定子电流的q轴分量；idr是转子电流的d轴分量；iqr是转子电流的q轴分量；Lm是定转子互感；vw是风速；Cp是风力机的风能转换效率系数；λ是风力机的叶尖速比；β是风力机的桨距角；S1.2，构建风电机组的电机模型；双馈风电机组在dq轴下的模型为：式中：xs'是定子暂态电抗；sr是转子转差率；ωs是发电机同步转速；Ls是定子自感；Lr是转子自感；eds'是暂态电势的d轴分量；eqs'是暂态电势的q轴分量；T0'是转子时间常数；uds是定子电压的d轴分量；uqs是定子电压的q轴分量；udr是转子电压的d轴分量；uqr是转子电压的q轴分量；rs：定子电阻；xs：定子电抗；Ts′：定子时间常数；S1.3，构建系统控制器模型；所述控制器包括转子侧变换器和网侧变换器；S1.3.1，构造转转子侧变换器的模型，具体为：式中:标识φ表明变量是在定子磁链Ψ_s定向的参考坐标系下；U_s是机端电压值；U_sref是机端电压的参考值；x是中间变量；σ是漏磁系数；K_Pu是RCS中电压控制器的比例系数；K_Pidr是RCS中电流控制器的比例系数；K_Pω是RCS中功率控制器的比例系数；K_Piqr是RCS中电流控制器的比例系数；T_Iu是RCS中电压控制器的积分时间常数；T_Iidr是RCS中电流控制器的积分时间常数；T_Iω是RCS中功率控制器的积分时间常数；T_Iiqr是RCS中电流控制器的积分时间常数；机端定子暂态电抗；x_us：机端定子电抗；在定子磁链Ψ_s定向的参考坐标系下转子电流参考值的d轴分量；在定子磁链Ψ_s定向的参考坐标系下转子电流参考值的q轴分量；RSC中电流控制器的暂态电抗d轴分量；RSC中电流控制器的暂态电抗q轴分量；x_idr：RSC中电流控制器电抗；RSC中功率控制器的暂态电抗；x_ω:RSC中功率控制器的电抗；在定子磁链Ψ_s定向的参考坐标系下转子电流的d轴分量；在定子磁链Ψ_s定向的参考坐标系下转子电流的q轴分量；在定子磁链Ψ_s定向的参考坐标系下转子电压的d轴分量；在定子磁链Ψ_s定向的参考坐标系下转子电压的q轴分量；ω_ref：转子角速度参考值；S1.3.2，构造网侧变换器的模型；把电网电压us方向界定为参考坐标系d轴方向，网侧变换器电感电流的状态方程为:式中，idL是网侧变换器电感电流的d轴分量；iqL是网侧变换器电感电流的q轴分量；ωb是基准角速度值；ωs是发电机同步转速；RL是网侧等效电阻；uda是α‑β轴变换成d‑q轴下的d轴分量；uqa是α‑β轴变换成d‑q轴下的q轴分量；uds是电网电压的d轴分量；uqs是电网电压的q轴分量；L是网侧变换器电感；网侧变换器的模型为:式中:标识ε表明该变量是在u_s定向的参考坐标系下；U_dc是电容两端直流电压值；U_dcref是电容两端直流电压参考值；m是调制深度；K_Pv是GSC中电压控制器的比例系数；K_PiL是GSC中电流控制器的比例系数；T_Iv是GSC中电压控制器的积分时间常数；T_IiL是GSC中电流控制器的积分时间常数；GSC中电压控制器的暂态电抗；x_v：GSC中电压控制器的电抗；在电网电压u_s定向参考坐标系下网侧变换器电感电流参考值的d轴分量；网侧变换器电感的暂态电抗d轴分量；网侧变换器电感的暂态电抗q轴分量；在电网电压u_s定向参考坐标系下网侧变换器电感电流的d轴分量；在电网电压u_s定向参考坐标系下网侧变换器电感电流的q轴分量；在电网电压u_s定向参考坐标系下网侧变换器电压的d轴分量；在电网电压u_s定向参考坐标系下网侧变换器电压的q轴分量；x_idL：网侧变换器电感的电抗d轴分量；x_iqL：网侧变换器电感的电抗q轴分量；I_qLref：网侧变换器电感电流参考值的q轴分量；S1.4，结合步骤S1.1‑1.3，得到完整的双馈风电机组模型；S2，分析调速器对电力系统的影响；下垂增益小时调速器对系统的阻尼有好的影响；S3，在步骤S2的基础上，运用特征根分析法分析双馈发电机组的定转子电阻参数的变化对仿真系统的影响；S4，从风电场并网接入点、风电场出力以及联络线传输功率三个方面，采用特征根分析方法和暂态时域仿真，对电力系统的鲁棒性进行研究，进而分析双馈风电机组和电网系统之间的交互作用。