基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統及其方法技術方案

本發明專利技術的基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統，包括：與雙饋風機電連接的機側變流器和與配電網電連接的網側變流器，機側變流器與網側變流器電連接，機側變流器與網側變流器均采用平均化模型，并且在雙饋風機設置用于控制風力發電機的啟動和停止的第一控制端與同于控制風機是轉速控制或轉矩控制的第二控制端；在機側變流器設置用于控制機側變流器的閉鎖或解鎖的第三控制端；在網側變流器設置用于控制網側變流器的閉鎖或解鎖的第四控制端。有益效果：本發明專利技術針對雙饋風機電磁暫態仿真，提出一種平均化模型拓撲的控制方法，使雙饋風機電磁暫態仿真的效率更高，系統能更快達到穩態。到穩態。到穩態。

【技術實現步驟摘要】
基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統及其方法


[0001]本專利技術涉及電力系統
，尤其涉及一種基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統及其方法。

技術介紹

[0002]隨著能源需求的增加，越來越多的新能源發電系統被接入電網，給電網的安全穩定運行帶來挑戰。其中，雙饋風機是應用最為廣泛的風力發電機之一。雙饋風機的大規模接入使電網系統的阻尼特性、暫態穩定特性發生改變，電網可能出現低頻功率振蕩和次同步振蕩現象。因此，有必要研究雙饋風機接入對電網系統穩定性的影響。
[0003]分析上述問題的傳統手段是建立雙饋風機的電力系統數學模型，通過電磁暫態仿真計算得到雙饋風機的動態特性，并分析其對系統穩定性的影響。一般的，其電力系統數學模型為詳細化模型，如圖1，即模型中包含系統的所有電力電子開關，仿真模擬電力電子開關的導通和關斷從而得到仿真結果。詳細化模型仿真的優點在于精確度高，能準確地反映真實系統的動態響應。但由于模型中電力電子開關的動作頻率都為高頻，詳細化模型的電磁暫態仿真對仿真步長有很高的要求，仿真步長需要盡可能的小，才能正確判斷電力電子開關的動作狀態。然而，隨著風場規模和配電網復雜度的增大，詳細化模型的電磁暫態仿真因其步長小而變得效率低下，對計算能力的要求越來越高，難以滿足大規模仿真或者實時仿真的需求。

技術實現思路

[0004]本專利技術目的在于克服上述現有技術的不足，提供了一種基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統及其方法，具體由以下技術方案實現：
[0005]所述基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統，包括：與雙饋風機電連接的機側變流器和與配電網電連接的網側變流器，機側變流器與網側變流器電連接，所述機側變流器與網側變流器均采用平均化模型，并且在雙饋風機設置用于控制風力發電機的啟動和停止的第一控制端與用于控制風機是轉速控制或轉矩控制的第二控制端；在機側變流器設置用于控制機側變流器的閉鎖或解鎖的第三控制端；在網側變流器設置用于控制網側變流器的閉鎖或解鎖的第四控制端。
[0006]所述基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統的進一步設計在于，所述機側變流器與網側變流器的平均化模型包括：整流橋、三相斷路器、受控電流源以及三個受控電壓源，所述受控電流源與整流橋并接形成平均化模型的直流側，整流橋的輸入側與變流器的三相交流測電連接；三相斷路器分別對應地電連接所述三個受控電壓源，用于控制三相受控電壓源的接入或斷開，且三相斷路器的控制信號與第三控制端或第四控制端接收的控制信號存在預設的邏輯關系。
[0007]所述基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統的進一步設計在于，所述整流橋包括六個不控二極管，所述六個不控二極管每兩個二極管串接形成三個相并接的整流支
路，且每個整流支路在兩個二極管間分別對應于三個受控電壓源設有接點。
[0008]所述基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統的進一步設計在于，所述機側變流器與網側變流器的平均化模型還包括過電壓抑制電阻，所述電壓抑制電阻分別設于平均化模型的直流側正負極，并接地。
[0009]所述基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統的進一步設計在于，所述預設的邏輯關系設定為第三控制端或第四控制端為閉鎖時，三相斷路器的控制信號設定為0，三相受控電壓源斷開；第三控制端或第四控制為解鎖時，三相斷路器的控制信號設定為1，三相受控電壓源接入。
[0010]所述基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統的進一步設計在于，三相斷路器的控制信號為0時，拓撲中僅存在不控整流環節，電路中的電感、電容自動充放電；三相斷路器的控制信號為1時，三相受控電壓源接入，基于變流器的開關平均化原理，將變流器詳細化模型中不停動作的電力電子開關等效為受控電流源與受控電壓源耦合的形式，根據有功功率平衡原理，得到如式(1)的平均模型關系式：
[0011][0012]式(1)中，u
abc
和i
dc
分別表示受控電壓和電流，u
dc
表示直流電壓，u
tri
表示PWM控制中載波的電壓幅值，v
abc_ref
表示三相占空比參考信號。
[0013]本專利技術還提供了一種采用所述的基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統的控制方法，該方法設定第一控制端、第二控制端、第三控制端以及第四控制端的輸入信號分別為0或1，對于第一控制端，輸入為0、1分別對那個表示風力發電機停止、啟動；對于第二控制端，輸入為0、1分別對應表示風機是轉速控制、轉矩控制；對于第三控制端，輸入為0、1分別對應表示控制機側變流器的閉鎖、解鎖；對于第四控制端，輸入為0、1分別對應表示控制網側變流器的閉鎖、解鎖，具體的控制邏輯為：第一控制端、第二控制端、第三控制端以及第四控制端的初始信號均設置為0，在t時刻后第四控制端的輸入置1，網側變流器解鎖，網側變流器將直流側電壓和無功功率控制到設定值并穩定；t1時刻后，第三控制端的輸入置1，機側變流器解鎖，機側變流器將有功功率控制到設定值并穩定；與此同時，第一控制端的輸入置1，風力發電機啟動，風力發電機根據設定的恒定轉速將風力發電機的功率，也即有功功率參考值控制到設定值并穩定；t2時刻后，第二控制端的輸入置1，風力發電機從由轉速控制變為由轉矩控制。
[0014]所述基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統的控制方法的進一步設計在于，所述t∈(0.15，0.25)，t1∈(0.3，0.5)，t2∈(0.8，1.5)，t、t1以及t2的單位為秒。
[0015]本專利技術的優點如下：
[0016]本專利技術的基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統中的變流器與常規的變流器平均化模型相比，直流側增加了兩個大電阻，用于抑制過電壓從而保護電路，并能消除大部分諧振現象；增加了一個整流橋，由六個不控二極管組成，用于將三相交流變為直流；增加了一個三相斷路器，用于控制三相受控電壓源的接入和斷開。
[0017]本專利技術的控制方法在配電網電壓穩定后，先啟動網側變流器，待網側變流器控制
穩定后，再啟動機側變流器。減少兩個變流器控制之間的相互干擾，避免一個控制環節的控制過程中數值波動影響其他控制環節，從而使模型更快達到穩態。
[0018]先啟動網側變流器控制，再啟動風力發電機，可減少控制之間的相互干擾。同時，此階段風力發電機由恒定轉速控制，它輸出的有功功率的參考值也恒定，而機側變流器會控制有功功率到該參考值并穩定，因此同時啟動風力發電機(恒定轉速控制)和機側變流器控制不會互相影響。
[0019]采用風力發電機先由恒定轉速控制再變為由轉矩控制的方式，風力發電機由恒定轉速控制時，其輸出的有功功率參考值也恒定，更利于機側變流器控制到達穩態。在網側、機側變流器和風力發電機的控制都穩定后，再變為由轉矩控制，此時因控制切換產生的波動影響更小，更利于整個系統回到穩態。
附圖說明
[0020]圖1為雙饋風機發電系統詳細化模型拓撲示意圖。
[0021]圖2為雙饋風機平均化模型整體拓撲本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統，包括：與雙饋風機電連接的機側變流器和與配電網電連接的網側變流器，機側變流器與網側變流器電連接，其特征在于機側變流器與網側變流器均采用平均化模型，并且在雙饋風機設置用于控制風力發電機的啟動和停止的第一控制端與用于控制風機是轉速控制或轉矩控制的第二控制端；在機側變流器設置用于控制機側變流器的閉鎖或解鎖的第三控制端；在網側變流器設置用于控制網側變流器的閉鎖或解鎖的第四控制端。2.根據權利要求1所述的基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統，其特征在于所述機側變流器與網側變流器的平均化模型包括：整流橋、三相斷路器、受控電流源以及三個受控電壓源，所述受控電流源與整流橋并接形成平均化模型的直流側，整流橋的輸入側與變流器的三相交流測電連接；三相斷路器分別對應地電連接所述三個受控電壓源，用于控制三相受控電壓源的接入或斷開，且三相斷路器的控制信號與第三控制端或第四控制端接收的控制信號存在預設的邏輯關系。3.根據權利要求2所述的基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統，其特征在于所述整流橋包括六個不控二極管，所述六個不控二極管每兩個二極管串接形成三個相并接的整流支路，且每個整流支路在兩個二極管間分別對應于三個受控電壓源設有接點。4.根據權利要求2所述的基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統，其特征在于所述機側變流器與網側變流器的平均化模型還包括過電壓抑制電阻，所述電壓抑制電阻設于平均化模型的直流側的正極與負極，并接地。5.根據權利要求2所述的基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統，其特征在于所述預設的邏輯關系設定為第三控制端或第四控制端為閉鎖時，三相斷路器的控制信號設定為0，三相受控電壓源斷開；第三控制端或第四控制為解鎖時，三相斷路器的控制信號設定為1，三相受控電壓源接入。6.根據權利要求5所述的基于雙饋風機電磁暫態平均化模型的控制系統，其特征在于三相斷路器的控制信號為0時，拓撲中僅存在不控整流環節，電路中的電感、電容自動充放...

【專利技術屬性】
技術研發人員：祁萬春，許偲軒，謝珍建，趙菲菲，韓杏寧，王荃荃，沈沉，丁嘉俊，
申請(專利權)人：國網江蘇省電力有限公司，
類型：發明
國別省市：