【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直驱风电并网，具体涉及一种用于直驱风机并网系统励磁涌流衰减的计算方法和系统。
技术介绍
1、为空载变压器投入电网的过程可忽略其一次侧阻抗以及励磁电阻，仅考虑励磁电感，视为一种非线性电感设备。这里先阐述一般线性电感投入电网的动态过程，明确其自由分量的衰减特性，为变压器投入过程的动态分析提供参考依据。以一阶电路型简单系统为例，其结构如图2所示。
2、其中，系统电源电压为us＝umsin(ωt+α)，α为初始相角，ls、rs分别为系统等值电感和电阻，l为投入电网的线性电感。开关合上后，系统微分方程为：
3、
4、求解可得其电流通解为：
5、
6、式中：为稳态电流幅值；为衰减时间常数；为合闸后的阻抗角。该电流由一个稳态周期分量和一个衰减的自由分量组成，电流瞬时值的衰减过程主要指自由分量的衰减。
7、对于实际变压器的空载投入过程，也可采用上述过程进行分析，在某一饱和状态下将变压器等效为一线性电感，计算自由分量的时间常数以及时域曲线。而在连续的退饱和过程，变压器将表现为可变电感特性。
8、变压器空投时，由于铁芯磁链不能突变，导致磁链中产生自由分量。实际上该自由分量的衰减与外部电路有关，而此处只研究变压器某一特定饱和状态下的等效模型，因此暂时忽略自由分量的衰减，磁链表达式为
9、ψ=-ψmcos(wt+α)+ψmcosα+ψr
10、式中：α为空投时电压相角；ψm为稳态磁链幅值，在标幺制下等于电压幅值，ψr为变压器剩磁；显
11、变压器铁芯磁化曲线可由图3所示两段式曲线作近似模拟，其中拐点处磁链一般为ψsat＝1.15-1.4p.u.。
12、当铁芯未饱和时，变压器表现为大电感lm1，励磁电流几乎可以忽略；而在空载投入过程中，由于磁链的自由分量ψ0的存在导致磁链ψ高于ψsat，铁芯将达到饱和状态，变压器表现为较小电感lm2，励磁电流急剧增大。由变压器两段式近似磁化曲线及上式可计算得到励磁涌流在一个周期(0，2π)内的表达式为：
13、
14、由于lm1非常大，故励磁涌流还可以表示为：
15、
16、由上式可绘制典型励磁涌流it波形如图4所示，其中θ1为间断角，itm为励磁涌流幅值。可见，励磁涌流主要特征是偏向时间轴一侧且波形间断，采用傅里叶分析容易发现，该电流除基波分量外，还存在自由分量和各次谐波分量。
17、通过上述分析，可以看出，现有励磁涌流衰减的计算方法主要包括采用电磁暂态软件的仿真计算和采用变压器常值电感模型的理论计算。前者依赖时域仿真，难以揭示励磁涌流的衰减机理，后者忽略了变压器的非线性，计算误差较大。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供一种用于直驱风机并网系统励磁涌流衰减的计算方法，包括：
2、根据变压器磁链及电流中的自由分量，确定变压器励磁涌流的衰减特性；基于所述衰减特性，构建变压器的可变电感模型；
3、忽略直驱风机网变侧变流器控制内环，获取电流内环和滤波电感的传递函数，根据所述传递函数，获取简化频域输入阻抗的表达式；基于所述简化频域输入阻抗的表达式，将直驱风机网变侧变流器等效为基于电路元件rlc组成的串联支路；
4、根据所述变压器的可变电感模型和基本电路元件rlc组成的串联支路，建立含风电场等效rlc电路在内的系统状态空间方程组，通过对所述系统状态空间方程组进行状态空间建模，获取状态变量的状态空间方程；
5、通过所述状态空间方程求取状态矩阵的特征根和参与因子，获得直驱风电并网系统励磁涌流衰减速度。
6、进一步的，在根据变压器磁链及电流中的自由分量，确定变压器励磁涌流的衰减特性的步骤之前，还包括：
7、确定非线电感与线性电感元件的磁链和电流满足不同的关系，如下式所示：
8、
9、式中，线性电感l1为常数，其值等于l，ψ为电感磁链，i为电感电流，h(i)为为电流-磁链的非线性函数，非线性电感l2是一个变量，是电感电流i的函数，即l2＝f(i)。
10、进一步的，基于所述衰减特性，构建变压器的可变电感模型，包括：
11、所述电压器的可变电感模型为：
12、
13、式中：l0和l0(n)分别是可变电感在连续时域和离散域下的表示形式，ψ0为磁链中的自由分量，ι0为电流中的自由分量，n为正整数，h(i0)为离散域下电流-磁链的非线性函数。
14、进一步的，还包括：
15、根据合闸初始角变化对于变压器饱和程度的影响，设剩磁ψr等于0，则磁链可表示为
16、ψ＝-ψmcos(ωt+α)+ψmcosα
17、 (3)
18、式中，ψm为磁链幅值，t为时间变量，ω为角频率，α为合闸初相角，通过对式(2)和式(3)进行傅里叶分析，可获得变压器的可变电感模型的离散参数。
19、进一步的，忽略直驱风机网变侧变流器控制内环，获取电流内环和滤波电感的传递函数，根据所述传递函数，获取简化频域输入阻抗的表达式，包括：
20、电流内环和滤波电感的传递函数的具体方程为：
21、
22、式中，hi(s)为电流内环的传递函数，kp为比例增益，ki为积分增益，vt为变流器出口电压，v为公共连接点电压，lt为滤波电感，s为拉普拉斯算子，iref为电流参考值。
23、根据传递函数，推导简化频域输入阻抗z(s)表达式为：
24、
25、式中，ki为电流内环控制比例增益，ti为电流内环控制积分增益。
26、进一步的，基于所述简化频域输入阻抗的表达式，将直驱风机网变侧变流器等效为基于电路元件rlc组成的串联支路，包括：
27、基于电路元件rlc组成的串联支路，其频域阻抗z1(s)表达式为：
28、
29、式中，r为串联电阻，l为串联电感，c为串联电容。
30、进一步的，所述含风电场等效rlc电路在内的系统状态空间方程组，具体为：
31、
32、式中，lt为所投入电感，lp为风机支路等效电感，cp为风机支路等效电容，ls为交流系统等效电感，ip为新能源变流器支路电流，itq、itd为所投入电感支路旋转电流，isd、isq为系统电源支路旋转电流，uc为风机支路等值电容电压，w0为基准角频率。
33、进一步的，通过对所述系统状态空间方程组进行状态空间建模，获取状态变量的状态空间方程，包括：
34、在同步坐标系统下对所述系统状态空间方程组进行状态空间建模，将所述系统状态空间方程组整理为含6个状态变量的状态空间方程，具体为：
35、
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【技术保护点】
1.一种用于直驱风机并网系统励磁涌流衰减的计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据变压器磁链及电流中的自由分量，确定变压器励磁涌流的衰减特性的步骤之前，还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述衰减特性，构建变压器的可变电感模型，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，忽略直驱风机网变侧变流器控制内环，获取电流内环和滤波电感的传递函数，根据所述传递函数，获取简化频域输入阻抗的表达式，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述简化频域输入阻抗的表达式，将直驱风机网变侧变流器等效为基于电路元件RLC组成的串联支路，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含风电场等效RLC电路在内的系统状态空间方程组，具体为：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过对所述系统状态空间方程组进行状态空间建模，获取状态变量的状态空间方程，包括：
9.根据权利
10.一种用于直驱风机并网系统励磁涌流衰减的计算系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于直驱风机并网系统励磁涌流衰减的计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据变压器磁链及电流中的自由分量，确定变压器励磁涌流的衰减特性的步骤之前，还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述衰减特性，构建变压器的可变电感模型，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，忽略直驱风机网变侧变流器控制内环，获取电流内环和滤波电感的传递函数，根据所述传递函数，获取简化频域输入阻抗的表达式，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾旭，周佩朋，韩亚楠，项祖涛，韩彬，吕思琦，胡应宏，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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