【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建模方法及暫態(tài)模型，具體涉及一種直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法及機(jī)電暫態(tài)模型。
技術(shù)介紹
應(yīng)用最廣泛的兩種類型的風(fēng)機(jī)為雙饋式風(fēng)機(jī)和直驅(qū)式風(fēng)機(jī)。與雙饋式風(fēng)機(jī)相比，直驅(qū)式風(fēng)機(jī)不僅具有更能適應(yīng)低風(fēng)速、噪聲小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行效率高、后續(xù)維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且直驅(qū)式風(fēng)機(jī)電機(jī)側(cè)變流器可實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制、電網(wǎng)側(cè)變流器可控制直流電壓恒定、直驅(qū)式風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與并網(wǎng)頻率沒(méi)有關(guān)系、直流卸荷電路可有效隔離電網(wǎng)故障對(duì)發(fā)電機(jī)側(cè)的影響等特點(diǎn)，因此直驅(qū)式風(fēng)機(jī)在全國(guó)風(fēng)電場(chǎng)中所占的比重越來(lái)越高。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)根據(jù)發(fā)電機(jī)側(cè)整流器的不同，分為兩種典型的結(jié)構(gòu)，不可控整流+多重Boost+PWM逆變器結(jié)構(gòu)和背靠背雙PWM變流器結(jié)構(gòu)。電機(jī)側(cè)選用不可控整流+多重Boost通常是考慮低價(jià)格和低損耗，但是它不能控制電流的相位，不能供給發(fā)電機(jī)所需要的無(wú)功功率。電機(jī)側(cè)選用PWM變流器可以很好地控制永磁同步發(fā)電機(jī)，得到恒定的功率因數(shù)，諧波含量低，能量雙向流動(dòng)，恒定的直流電壓等，但成本較高，損耗較大。目前大量文獻(xiàn)研究了直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)模型、軸系模型、永磁同步電機(jī)模型、變頻器及控制模型等分別進(jìn)行了建模，并仿真研究了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行特性。上述模型均是基于電磁暫態(tài)模型進(jìn)行建模仿真，當(dāng)用于大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)影響分析計(jì)算時(shí)，其較為復(fù)雜，計(jì)算速度慢，數(shù)值收斂性差。而大電網(wǎng)穩(wěn)定仿真計(jì)算對(duì)直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的模型提出了更高的要求，仿真計(jì)算的步長(zhǎng)大，計(jì)算速度快，同時(shí)還要求具有很好的數(shù)值穩(wěn)定性和收斂性。因此，需要深入研究風(fēng)機(jī)的電磁暫態(tài)模型，在不影響風(fēng)機(jī)外特性的前提下，簡(jiǎn)化風(fēng)機(jī)及控制器...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述建模方法包括下述步驟：?A、構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)側(cè)模型；?B、構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直流電壓及卸荷電路模型；?C、構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變流器及控制系統(tǒng)模型；?D、構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制模型。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述建模方法包括下述步驟: A、構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)側(cè)模型； B、構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直流電壓及卸荷電路模型； C、構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變流器及控制系統(tǒng)模型； D、構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制模型。2.按權(quán)利要求1所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述步驟A中，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)模型包括風(fēng)速模型和風(fēng)能-功率模型。3.按權(quán)利要求2所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，將所述風(fēng)速模型中的風(fēng)速分為基本風(fēng)、陣風(fēng)、漸變風(fēng)、隨機(jī)噪聲風(fēng)四個(gè)分量；所述基本風(fēng)為常量，數(shù)值保持不變。4.按權(quán)利要求3所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述陣風(fēng)用于描述風(fēng)速突變的特性；在風(fēng)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真中，考察風(fēng)電系統(tǒng)在風(fēng)速擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性；其數(shù)學(xué)表達(dá)如下式所示:5.按權(quán)利要求3所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述漸變風(fēng)用來(lái)描述風(fēng)速的漸變特性，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下式所示:6.按權(quán)利要求3所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述隨機(jī)噪聲風(fēng)用來(lái)反映風(fēng)速的隨機(jī)特性，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下式所示:7.按權(quán)利要求2所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述風(fēng)能-功率模型用于模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性，根據(jù)所述風(fēng)速模型中的風(fēng)速將直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組劃分為四個(gè)運(yùn)行區(qū)域:啟動(dòng)區(qū)、最大風(fēng)能追蹤區(qū)、轉(zhuǎn)速恒定區(qū)、功率恒定區(qū)。8.按權(quán)利要求7所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述啟動(dòng)區(qū):當(dāng)風(fēng)速小于切入風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)停機(jī)；當(dāng)風(fēng)速大于或等于切入風(fēng)速時(shí)，風(fēng)電機(jī)組以最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行； 最大風(fēng)能追蹤區(qū)域:當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在啟動(dòng)轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速之間，由槳距角控制器、發(fā)電機(jī)及變流器控制系統(tǒng)一起控制直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)葉尖速比實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲；風(fēng)力發(fā)電機(jī)以最優(yōu)轉(zhuǎn)速運(yùn)行； 轉(zhuǎn)速恒定區(qū):當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定運(yùn)行； 功率恒定區(qū):當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率達(dá)到額定值時(shí)，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制在轉(zhuǎn)速恒定功率恒定運(yùn)行點(diǎn)；控制過(guò)程通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角控制器增大槳距角降低風(fēng)能利用系數(shù)實(shí)現(xiàn)。9.按權(quán)利要求1所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述步驟B中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直流電壓動(dòng)態(tài)方程用下式表示:10.按權(quán)利要求9所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，占空比d表達(dá)式如下式所示:11.按權(quán)利要求1所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述步驟C中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變流器及控制系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)模型包括有功控制模型、無(wú)功控制模型和變流器模型。12.按權(quán)利要求11所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，在直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，有功控制模型采用恒直流電壓控制，用于保證有功功率的實(shí)時(shí)平衡；在電網(wǎng)發(fā)生故障或擾動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓降低時(shí)，用于有功功率模型限制有功電流，保護(hù)變流器設(shè)備。13.按權(quán)利要求12所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述有功控制模型表述為:將直流電壓與參考值的差值Utk(S)-Udrarf作為輸入，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)和有功電流限幅環(huán)節(jié)，輸出有功電流參考值I_f(s)。14.按權(quán)利要求13所述的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)電暫態(tài)建模方法，其特征在于，所述有功電流限幅環(huán)節(jié)包括固定有功電流限制和動(dòng)態(tài)有功電流限制； 所述固定有功電流...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃永寧，張爽，安寧，訾鵬，鄭偉杰，李蒙，焦龍，趙曉東，張星，胡曉波，田蓓，劉敏，梁劍，楊雪紅，孫麗香，戴紅陽(yáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：寧夏電力公司電力科學(xué)研究院，中國(guó)電力科學(xué)研究院，國(guó)家電網(wǎng)公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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