一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统，方法包括：结合各种影响因素，建立不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；将风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型；对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度，从而实现从多种影响因素出发，全面分析风电场并网系统的谐振。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统
本专利技术涉及风力发电并网系统电能质量分析领域，具体涉及一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统。
技术介绍
高频谐振问题在电力电子变流器应用场景频繁发生，为电网的安全稳定运行带来了极大挑战。近年来，直驱风电场也有相关事故案例报道，引起国内外部分学者关注。随着风力发电装机容量提高，高频谐振现象将愈发显著，造成更严重影响。有学者基于简单的单输入单输出模型分析了变流器控制参数对直驱风电场并网系统高频谐振稳定性的影响，基于说明了变流器延迟和电流控制环节的存在会导致系统出现高频谐振，但场景相对简单，参数影响分析不够全面。有学者进一步通过对大型直驱风电场并网的控制系统、滤波结构、电缆参数等的详细频域建模，从阻抗模型出发分析了系统高频谐振问题，确定高频谐振频率，并进行了相关仿真验证。但其控制系统结构考虑不全，且仅提出谐振频率确定方法，未涉及谐振影响程度。目前相关机理分析表明该谐振问题是由于机组变流器控制系统与电网交互作用引起。同时，大规模风电场并网系统，其风电场内部机组间交互影响不可忽略，综合讨论上述两类交互影响，考虑多种扰动源的高频谐振分析技术尚存在空白。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的考虑多种扰动源的高频谐振分析技术尚存在空白的缺陷，从而提供一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供一种风电场并网系统的谐振分析方法，风电场并网系统包括多个直驱风机，分析方法包括：基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；将风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型；对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度。在一实施例中，基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型的过程，包括：对于单个直驱风机，基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立直驱风机控制系统的传递函数模型；基于直驱风机控制系统的传递函数模型、直驱风机的并网电路拓扑结构，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型。在一实施例中，基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立直驱风机控制系统的传递函数模型的过程，包括：基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构，建立各控制环节的传递函数模型；根据直驱风机控制系统的各控制环节的传递函数模型、延时的传递函数模型及调制增益，建立直驱风机控制系统的传递函数模型。在一实施例中，基于直驱风机控制系统的传递函数模型、直驱风机的并网电路拓扑结构，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型的过程，包括：对于风电场并网系统的每个节点，注入扰动电流，直驱风机等效为单端口网络，根据单端口网络及直驱风机控制系统的传递函数模型，得到每个节点的不同频率下的电流扰动的直驱风机单机等效导纳模型；对于风电场并网系统的每个节点，注入电压扰动，直驱风机等效为双端口网络，根据双端口网络及直驱风机控制系统的传递函数模型，得到每个节点的不同频率下的电压扰动的直驱风机单机等效导纳模型。在一实施例中，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型的过程，包括：根据每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，采用单机聚合模型等效各子风电场，得到不同扰动频率下的各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型；根据子风电场的数量与非子风电场电路节点，结合各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型，得到不同扰动频率下的风电场并网系统等效导纳网络模型。在一实施例中，对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点的过程，包括：对不同扰动频率下的风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，得到不同频率下的特征向量矩阵、特征向量逆矩阵及特征值矩阵；基于不同频率下的特征逆向量矩阵，得到节点电压方程，并基于节点电压方程，得到不同扰动频率下的模态电压向量、模态电流向量；采用模态分析方法，根据不同扰动频率下的模态电压向量、模态电流向量，对不同扰动频率进行分析，将特征值的倒数的极大值对应的频率作为该谐振模态的谐振频率；基于每个谐振模态的谐振频率下的特征向量矩阵、特征逆向量矩阵，计算得到每个节点在每个谐振模态的参与因子；将在预设范围内的参与因子对应的节点作为主谐振点。在一实施例中，基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度的过程，包括：对于风电场并网系统中的任意一个节点，令该节点注入预设频率、预设电流幅值的扰动电流，其余节点的注入电流为零，基于特征值分解结果，得到其余节点对于扰动电流的电压-电流响应比；对于风电场并网系统中的任意一个节点，对其注入预设频率、预设电压幅值的扰动电压，基于特征值分解结果，得到各节点间谐波电压响应与扰动电压之比；当节点对于扰动电流的电压-电流响应比、间谐波电压响应与扰动电压之比越大时，判定该节点受到的谐振影响程度越大。第二方面，本专利技术实施例提供一种风电场并网系统的谐振分析系统，包括：单机等效导纳模型模块，用于基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；系统等效导纳网络模型模块，用于将风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型；模态分析模块，用于对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；响应分析模块，用于基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度。第三方面，本专利技术实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本专利技术实施例第一方面的风电场并网系统的谐振分析方法。...

【技术保护点】
1.一种风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，所述风电场并网系统包括多个直驱风机，所述分析方法包括：/n基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立所述风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；/n将所述风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下所述风电场并网系统等效导纳网络模型；/n对所述不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；/n基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度。/n

【技术特征摘要】
1.一种风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，所述风电场并网系统包括多个直驱风机，所述分析方法包括：
基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立所述风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；
将所述风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下所述风电场并网系统等效导纳网络模型；
对所述不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；
基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度。


2.根据权利要求1所述的风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，所述基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立所述风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型的过程，包括：
对于单个直驱风机，基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立直驱风机控制系统的传递函数模型；
基于直驱风机控制系统的传递函数模型、直驱风机的并网电路拓扑结构，建立所述风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型。


3.根据权利要求2所述的风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，所述基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立直驱风机控制系统的传递函数模型的过程，包括：
基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构，建立各控制环节的传递函数模型；
根据直驱风机控制系统的各控制环节的传递函数模型、延时的传递函数模型及调制增益，建立直驱风机控制系统的传递函数模型。


4.根据权利要求2所述的风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，所述基于直驱风机控制系统的传递函数模型、直驱风机的并网电路拓扑结构，建立所述风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型的过程，包括：
对于所述风电场并网系统的每个节点，注入扰动电流，所述直驱风机等效为单端口网络，根据所述单端口网络及所述直驱风机控制系统的传递函数模型，得到每个节点的不同频率下的电流扰动的直驱风机单机等效导纳模型；
对于所述风电场并网系统的每个节点，注入电压扰动，所述直驱风机等效为双端口网络，根据所述双端口网络及所述直驱风机控制系统的传递函数模型，得到每个节点的不同频率下的电压扰动的直驱风机单机等效导纳模型。


5.根据权利要求1所述的风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，所述基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下所述风电场并网系统等效导纳网络模型的过程，包括：
根据每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，采用单机聚合模型等效各子风电场，得到不同扰动频率下的各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型；
根据子风电场的数量与非子风电场电路节点，结合各子风电场的等效输入导纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶顺，闫亚楠，管尚书，宋一丹，刘云博，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11