一种双馈型风力发电机的等效电路、电磁暂态仿真方法技术

本发明专利技术提供一种双馈型风力发电机的等效电路、电磁暂态仿真方法，所述等效电路包括：变压器原边漏感支路、变压器副边漏感支路、变压器互感支路、发电机定子支路、发电机转子支路、发电机互感支路、变流器电抗支路、第一电压源、第二电压源和第三电压源；其中，每一支路包括伴随历史电流源和等效电阻，伴随历史电流源和等效电阻并联连接，第一电压源表示电网电压，第二电压源表示转子电压，第三电压源表示网侧变流器输出电压，第一电压源的一端与变压器原边漏感支路的一端连接，第一电压源的另一端接地。本发明专利技术基于变化相对平缓的变压器原边电流作为电气接口接入外部电网，更加适合采用FPGA小步长计算，从而能够提高双馈型风电机的仿真精细程度。精细程度。精细程度。

【技术实现步骤摘要】
一种双馈型风力发电机的等效电路、电磁暂态仿真方法


[0001]本专利技术涉及双馈型风力发电机的建模
，尤其涉及一种双馈型风力发电机的等效电路、电磁暂态仿真方法。

技术介绍

[0002]双馈型风力发电机是当前广泛应用的一种变速恒频风力发电机。由于双馈型风力发电机只需要变流器提供转差功率(一般额定功率的30％)，即可实现风机的变速恒频运行与最大功率追踪，因此能够降低变流器容量、节约成本。
[0003]由于双馈型风力发电机的定子与电网直接相连，且变流器额定功率较小，使得其易受电网扰动的影响。为了提高风力发电机组的安全稳定运行能力，需要研究、提高双馈型风力发电机及其组成的风电场的电网适应性。
[0004]双馈型风力发电机的电网适应性受到风电机组控制保护系统的影响较大，为了节约成本，提高研发效率，可以利用数字实时仿真系统进行控制保护半实物仿真试验研究。其中，双馈型风力发电机的数字实时仿真模型是该仿真试验的关键部分。
[0005]现有双馈型风力发电机的数字实时仿真模型一般采用定转子磁链(或电流)作为状态变量描述的4阶微分方程组，并以非线性电流源作为电气接口接入外部电网。
[0006]在现有实时仿真器架构下，为了兼顾准确性与灵活性，一般采用大
‑
小步长建模方法，即将时间常数较大的部分采用CPU大步长仿真，而对时间常数较小的部分等采用FPGA小步长仿真。为了提高风电机组仿真精细程度并兼顾电网建模的灵活性，要求研究采用小步长的仿真计算方式，即在FPGA中采用小步长(0.5～2μs)完成风电机组的仿真建模，在CPU中采用大步长(20～100μs)完成外部电网的仿真建模。然而现有双馈型风力发电机的建模方法中，电气接口部分包含了较大的PWM谐波成分，如果直接以该电气接口作为大小步长模型分割点，则会造成较大的误差。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提出一种双馈型风力发电机的等效电路，以解决现有双馈型风力发电机的建模方法中，电气接口部分包含了较大的PWM谐波成分，如果直接以该电气接口作为大小步长模型分割点，则会造成较大的误差的技术问题。
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供一种双馈型风力发电机的等效电路，包括：变压器原边漏感支路、变压器副边漏感支路、变压器互感支路、发电机定子支路、发电机转子支路、发电机互感支路、变流器电抗支路、第一电压源、第二电压源和第三电压源；其中，每一支路包括伴随历史电流源和等效电阻，所述伴随历史电流源和所述等效电阻并联连接，所述第一电压源表示电网电压，所述第二电压源表示转子电压，所述第三电压源表示网侧变流器输出电压，所述第一电压源的一端与所述变压器原边漏感支路的一端连接，所述第一电压源的另一端接地，所述变压器原边漏感支路的另一端通过变压器互感支路接地，所述变压器原边漏感支路的另一端还通过所述变压器副边漏感支路分别与所述发电机定子支路和所
述变流器电抗支路的一端连接，所述发电机定子支路的另一端通过发电机互感支路接地，所述发电机定子支路的另一端还通过发电机转子支路与所述第二电压源的一端连接，所述第二电压源的另一端通接地；所述变流器电抗支路的另一端通过第三电源接地。
[0009]第二方面，本专利技术实施例提供一种双馈型风力发电机的电磁暂态仿真方法，适用于上述所述的双馈型风力发电机的等效电路，包括：
[0010]获取输入到各支路的电感和电阻，以及设定的仿真步长；
[0011]根据各支路的电感和电阻，以及设定的仿真步长计算各支路对应的等效导纳；
[0012]更新开关状态并构建系统导纳矩阵；
[0013]更新各支路的历史电流源；
[0014]更新节点电压；
[0015]更新支路电压；
[0016]更新支路电流；
[0017]判断是否达到仿真结束时间，若是，则退出仿真，否则，仿真时间增加一个仿真步长，并返回更新开关状态的步骤。
[0018]优选地，所述系统导纳矩阵为：
[0019][0020]其中，Y
sys
为系统导纳矩阵，所述Y
t1
为变压器原边漏感支路等效导纳，Y
t2
为变压器副边漏感支路等效导纳，Y
tm
为变压器互感支路等效导纳，Y
gs
为发电机定子支路等效导纳，Y
l
为变流器电抗支路等效导纳，Y
gm
为发电机互感支路等效导纳，Y
gr
为发电机转子支路等效导纳。
[0021]优选地，所述各支路的历史电流源根据支路电感、支路电阻、仿真步长、上一步的支路电流和上一步的支路电压计算得到。
[0022]优选地，所述节点电压根据所述系统导纳矩阵和与节点相连的历史电流计算得到。
[0023]优选地，所述支路电流根据支路对应的导纳和支路电压计算得到，所述支路电压根据节点电压计算得到。
[0024]优选地，所述各支路的历史电流源具体根据如下公式计算得到：
[0025][0026]其中，L表示电感、dt表示仿真步长、R表示电阻、Ib
t
‑
dt
表示上一步的支路电流，Ub
t
‑
dt
表示上一步的支路电压。
[0027]优选地，，所述节点电压具体根据如下公式计算得到：
[0028][0029]其中，U
node
为节点电压，Y
sys
为系统导纳矩阵，I
node
为与节点相连的历史电流，流出为正，流入为负，I
t1
为变压器原边漏感支路历史电流源，I
tm
为变压器互感支路历史电流源，I
t2
为变压器副边漏感支路历史电流源，I
l
为变流器电抗支路历史电流源，I
gs
为发电机定子支路历史电流源，I
gm
为发电机互感支路历史电流源，I
gr
为发电机转子支路历史电流源。
[0030]优选地，所述支路电流根据如下公式计算得到：
[0031]I
b
＝YU
b
[0032]其中，I
b
为支路电流，U
b为
支路电压、Y为支路对应的等效导纳。
[0033]优选地，所述支路电压根据如下公式计算得到：
[0034][0035]其中，U
node
为节点电压，U
b
为支路电压。
[0036]本专利技术实施例提供的一种双馈型风力发电机的等效电路，包括：变压器原边漏感支路、变压器副边漏感支路、变压器互感支路、发电机定子支路、发电机转子支路、发电机互感支路、变流器电抗支路、第一电压源、第二电压源和第三电压源；其中，每一支路包括伴随历史电流源和等效电阻，所述伴随历史电流源和所述等效电阻并联连接，所述第一电压源表示电网电压，所述第二电压源表示转子电压，所述第三电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双馈型风力发电机的等效电路，其特征在于，包括：变压器原边漏感支路、变压器副边漏感支路、变压器互感支路、发电机定子支路、发电机转子支路、发电机互感支路、变流器电抗支路、第一电压源、第二电压源和第三电压源；其中，每一支路包括伴随历史电流源和等效电阻，所述伴随历史电流源和所述等效电阻并联连接，所述第一电压源表示电网电压，所述第二电压源表示转子电压，所述第三电压源表示网侧变流器输出电压，所述第一电压源的一端与所述变压器原边漏感支路的一端连接，所述第一电压源的另一端接地，所述变压器原边漏感支路的另一端通过变压器互感支路接地，所述变压器原边漏感支路的另一端还通过所述变压器副边漏感支路分别与所述发电机定子支路和所述变流器电抗支路的一端连接，所述发电机定子支路的另一端通过发电机互感支路接地，所述发电机定子支路的另一端还通过发电机转子支路与所述第二电压源的一端连接，所述第二电压源的另一端通接地；所述变流器电抗支路的另一端通过第三电源接地。2.一种双馈型风力发电机的电磁暂态仿真方法，适用于权利要求1所述的双馈型风力发电机的等效电路，其特征在于，包括：获取输入到各支路的电感和电阻，以及设定的仿真步长；根据各支路的电感和电阻，以及设定的仿真步长计算各支路对应的等效导纳；更新开关状态并构建系统导纳矩阵；更新各支路的历史电流源；更新节点电压；更新支路电压；更新支路电流；判断是否达到仿真结束时间，若是，则退出仿真，否则，仿真时间增加一个仿真步长，并返回更新开关状态的步骤。3.根据权利要求2所述的双馈型风力发电机的电磁暂态仿真方法，其特征在于，所述系统导纳矩阵为：其中，Y
sys
为系统导纳矩阵，所述Y
t1
为变压器原边漏感支路等效导纳，Y
t2
为变压器副边漏感支路等效导纳，Y
tm
为变压器互感支路等效导纳，Y
gs
为发电机定子支路等效导纳，Y
l
为变流器电抗支路等效导纳，Y
gm
为发电机互感支路等效导纳，Y
gr
为发电机转子支路等效导纳。4.根据权利要求3所述的双馈型风力发电机的电磁暂态仿真方法，其特征在于，所述各支路的历史电流源根据支路电感、支路电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，龚文明，张磊，赵晓斌，张险峰，傅广泽，张斯翔，庄清寒，沙正海，王粤彬，
申请(专利权)人：中国三峡新能源集团股份有限公司三峡机电工程技术有限公司南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：