[发明专利]一种双馈风机等效模拟的仿真建模方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种双馈风机等效模拟的仿真建模方法。

背景技术

风电：是风能发电或者风力发电的简称。属于可再生能源，清洁能源。风力发电是风能利用的重要形式，风能是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展清洁能源是世界各国的战略选择。现有的风电市场正在由分散、小规模开发、就地消纳，向大规模、高集中开发和远距离、高电压输送方向快速发展。然而由于风电场出力具有随机性且运行方式变化多样，大规模风电场并网后会给电网的电能质量及继电保护整定带来负面影响。

研究风电场对电网电能质量及继电保护整定的影响，必须建立风电场的电磁暂态模型，而风电场建模的基础是风电机组。现有对风电场及风电机组的建模研究颇多，但尚未有统一认可的模型。风电场由单台风机模拟，无法计及多台风电机组间的不同特性及相互影响。建立包括双馈发电机、变频器及控制系统等元件的详细模型，仿真结果比较精确，但由于变频器中全控型器件开关频率高、计算速度慢，随着模拟风机台数的增加，仿真耗时会非线性快速增长。因此，为开展计及多台风电机组的相关电磁暂态仿真研究，需要一种兼顾仿真计算精度和仿真计算速度的风机新模型。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种双馈风机等效模拟的仿真建模方法，能够精确模拟风电机组的暂态特性，并计及多台风电机组间的不同特性及其相互影响；且无需计及全控型器件的高频通断，使仿真效率大幅提升。

为实现上述目的，本发明提供一种模拟双馈风机等效仿真的建模方法，所述双馈风机的变频器部分采用受控源模拟，其改进之处在于，所述建模方法包括如下步骤：

(1).建立双馈风电机组电路模型；

(2).建立双馈风机等效模型；

(3).建立双馈风机并网测试系统；

(4).搭建多风机测试系统。

其中，在步骤2中：所述双馈风机等效模型基于双馈风机变频器交流侧受控电压源和直流侧受控电流源的特性建立。

本发明提供的优选技术方案中，所述双馈风电机组电路模型包括风功率系统、风力发电机、交-直-交变频器和控制系统；所述风功率系统、所述交-直-交变频器和所述风力发电机依次连接；所述风功率系统和所述风力发电机分别向所述控制系统传输信号；所述控制系统与所述交-直-交变频器相互通信。

本发明提供的第二优选技术方案中，所述控制系统为两部分，第一部分对最优风功率跟踪及风电机组无功功率进行控制；第二层为功率解耦控制，以第一层控制所确定的最优转速及无功功率参考值为控制目标。

本发明提供的第三优选技术方案中，对所述最优风功率跟踪的控制是根据实时风速确定风机转子最优转速，以实现最大程度的风能利用；对所述无功功率的控制是根据无功功率控制策略确定风电机组的无功参考值。

本发明提供的第四优选技术方案中，所述控制系统的第二部分包括：双馈风机转子侧控制系统和网侧控制系统；所述双馈风机转子侧控制系统接收所述风力发电机出口电压、电流、转子电流以及转速、无功参考设定值信号；所述网侧控制系统接收所述网侧变频器出口电压、电流以及直流电压和无功功率设定值信号。

本发明提供的第五优选技术方案中，所述双馈风机转子侧控制系统采用基于定子磁链定向的功率解耦控制；所述网侧控制系统采用基于电网电压定向的功率解耦控制。

本发明提供的第六优选技术方案中，所述风力发电机采用鼠笼式感应电动机；其中，同步旋转dq0坐标系下双馈感应电机的电压方程为：

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