【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电机组的建模方法及暂态模型，具体涉及一种直驱式风力发电机组机电暂态建模方法及机电暂态模型。
技术介绍
应用最广泛的两种类型的风机为双馈式风机和直驱式风机。与双馈式风机相比，直驱式风机不仅具有更能适应低风速、噪声小、结构简单、运行效率高、后续维护成本低等优点，而且直驱式风机电机侧变流器可实现最大功率跟踪控制、电网侧变流器可控制直流电压恒定、直驱式风机发电机的转速与并网频率没有关系、直流卸荷电路可有效隔离电网故障对发电机侧的影响等特点，因此直驱式风机在全国风电场中所占的比重越来越高。直驱式风机根据发电机侧整流器的不同，分为两种典型的结构，不可控整流+多重Boost+PWM逆变器结构和背靠背双PWM变流器结构。电机侧选用不可控整流+多重Boost通常是考虑低价格和低损耗，但是它不能控制电流的相位，不能供给发电机所需要的无功功率。电机侧选用PWM变流器可以很好地控制永磁同步发电机，得到恒定的功率因数，谐波含量低，能量双向流动，恒定的直流电压等，但成本较高，损耗较大。目前大量文献研究了直驱式风电系统的数学模型，对空气动力学模型、轴系模型、永磁同步电机模型、变频器及控制模型等分别进行了建模，并仿真研究了整个系统的运行特性。上述模型均是基于电磁暂态模型进行建模仿真，当用于大规模风电场接入系统影响分析计算时，其较为复杂，计算速度慢，数值收敛性差。而大电网稳定仿真计算对直驱式风机的模型提出了更高的要求，仿真计算的步长大，计算速度快，同时还要求具有很好的数值稳定性和收敛性。因此，需要深入研究风机的电磁暂态模型，在不影响风机外特性的前提下，简化风机及控制器...
【技术保护点】
一种直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述建模方法包括下述步骤：?A、构建风力发电机组机侧模型；?B、构建风力发电机组直流电压及卸荷电路模型；?C、构建风力发电机组网侧变流器及控制系统模型；?D、构建风力发电机组低电压穿越控制模型。
【技术特征摘要】
1.一种直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述建模方法包括下述步骤: A、构建风力发电机组机侧模型； B、构建风力发电机组直流电压及卸荷电路模型； C、构建风力发电机组网侧变流器及控制系统模型； D、构建风力发电机组低电压穿越控制模型。2.按权利要求1所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述步骤A中，所述风力发电机侧模型包括风速模型和风能-功率模型。3.按权利要求2所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，将所述风速模型中的风速分为基本风、阵风、渐变风、随机噪声风四个分量；所述基本风为常量，数值保持不变。4.按权利要求3所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述阵风用于描述风速突变的特性；在风电系统的动态仿真中，考察风电系统在风速扰动下的动态特性；其数学表达如下式所示:5.按权利要求3所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述渐变风用来描述风速的渐变特性，其数学表达式如下式所示:6.按权利要求3所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述随机噪声风用来反映风速的随机特性，其数学表达式如下式所示:7.按权利要求2所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述风能-功率模型用于模拟风力发电机将风能转换为机械能的稳态运行特性，根据所述风速模型中的风速将直驱式风力发电机组划分为四个运行区域:启动区、最大风能追踪区、转速恒定区、功率恒定区。8.按权利要求7所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述启动区:当风速小于切入风速时，风力发电机停机；当风速大于或等于切入风速时，风电机组以最低转速运行； 最大风能追踪区域:当风力发电机转速在启动转速和额定转速之间，由桨距角控制器、发电机及变流器控制系统一起控制直驱式同步发电机的转矩和转速，调节叶尖速比实现最大风能捕获；风力发电机以最优转速运行； 转速恒定区:当风力发电机组的转速达到额定转速时，保持风力发电机转速恒定运行； 功率恒定区:当风力发电机组的输出功率达到额定值时，将风力发电机组控制在转速恒定功率恒定运行点；控制过程通过风力发电机桨距角控制器增大桨距角降低风能利用系数实现。9.按权利要求1所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述步骤B中，风力发电机组直流电压动态方程用下式表示:10.按权利要求9所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，占空比d表达式如下式所示:11.按权利要求1所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述步骤C中，风力发电机组网侧变流器及控制系统的机电暂态模型包括有功控制模型、无功控制模型和变流器模型。12.按权利要求11所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，在直驱式风电机组正常运行时，有功控制模型采用恒直流电压控制，用于保证有功功率的实时平衡；在电网发生故障或扰动，导致风电机组机端电压降低时，用于有功功率模型限制有功电流，保护变流器设备。13.按权利要求12所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述有功控制模型表述为:将直流电压与参考值的差值Utk(S)-Udrarf作为输入，经过PI调节器环节和有功电流限幅环节，输出有功电流参考值I_f(s)。14.按权利要求13所述的直驱式风力发电机组机电暂态建模方法，其特征在于，所述有功电流限幅环节包括固定有功电流限制和动态有功电流限制； 所述固定有功电流...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永宁，张爽，安宁，訾鹏，郑伟杰，李蒙，焦龙，赵晓东，张星，胡晓波，田蓓，刘敏，梁剑，杨雪红，孙丽香，戴红阳，
申请(专利权)人：宁夏电力公司电力科学研究院，中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：
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