[发明专利]常规电力系统仿真软件中风电机组模型的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电系统，尤其涉及一种使用计算机程序进行双馈风电机组系统的建模分析的方法。

背景技术

自二十世纪八十年代以来，风力发电的应用越来越受到全世界的普遍重视。随着科学技术的飞速发展，特别是空气动力学、尖端航天技术和大功率电力电子技术应用于新型风电机组的开发研制，风力发电在近二十年得到长足的发展。如今的风力发电正逐步走向规模化和产业化，风力发电在电网中的比例越来越大，成为除水力发电以外最成熟、最现实的一种清洁能源发电方式。大力发展风力发电，对环境保护、节约能源以及生态平衡都有重要的意义。

然而风力发电是一种特殊的电力，具有许多不同于常规能源发电的特点，风电厂的并网运行对电网的安全稳定，电能质量等诸多方面均会带来负面影响，随着风电场规模的日益扩大，风电特性对电网的影响也越发显著，成为制约风场规模和容量的严重障碍，大规模风电接入到底会对电网产生怎样的影响成为了急需解决的问题。

中国实用新型专利“双馈风电机组的仿真装置”（实用新型专利号：ZL201220127917.4授权公告号：CN202548295U）公开了一种双馈风电机组的仿真装置，包括：双馈感应发电机、风电机组原动机、监测保护设备和转子侧变流设备。风电机组原动机连接到双馈感应发电机，风电机组原动机在风力驱动下带动双馈感应发电机的转子转动。监测保护设备连接到双馈感应发电机，测量双馈感应发电机输出的电压和电流。转子侧变流设备连接到双馈感应发电机，转子侧变流设备控制双馈感应发电机的电压幅值和相位，进行有功解耦控制和无功解耦控制。该实用新型的双馈风电机组的仿真装置能够准确反映风电机组的物理特性和双馈感应发电机的工作状况，能够满足风电并网规范对并网风电机组的完整测试要求。

中国发明专利申请“一种双馈风机等效模拟的仿真建模方法”（专利申请号：201210008656.9公开号：CN 102592026A）公开了一种双馈风机等效模拟的仿真建模方法，所述双馈风机的变频器部分采用受控源模拟，所述建模方法包括如下步骤：（1）建立双馈风电机组电路模型；（2）建立双馈风机等效模型；（3）建立双馈风机并网测试系统；（4）搭建多风机测试系统；其中，在步骤2中：所述双馈风机等效模型基于双馈风机变频器交流侧受控电压源和直流侧受控电流源的特性建立。该发明提供的双馈风机等效模拟的仿真建模方法，能精确模拟双馈风机的暂态特性，并可计及多台风电机组间的不同特性及其相互影响；无需计及全控型器件的高频通断，仿真效率大幅提升；仿真风机台数越多，效率提升幅度越显著；在保持精度的同时，可采用较大的仿真步长，大幅提升仿真效率。

用于稳定性研究的风电机组模型目前在国内的电力系统仿真软件中仍然没有实现，PSS/E、BPA中已有内建的风电机组模型，但其不适用于电网短路故障下风电机组的动态性能仿真。PSS/E是基于50Hz基频分量的电力系统仿真分析计算软件，在PSS/E中，网络方程是由稳态正弦等值相量来描述的，电力系统仿真的最大带宽限制在50Hz及更小的频率范围内。这个特点使PSS/E适合于大规模电力系统的快速计算分析。但是在PSS/E动态仿真中，电力系统中的动态元件是用微分方程来描述的，这些动态元件的求解过程与电气网络的向量代数求解过程是分开进行的。当微分方程中的时间常数相对于基频分量的波长较小时，由于带宽限制，描述动态元件许多复杂操作的模型细节就不能直接在PSS/E中得以实现。风电研究领域有很多文献，对目前已投入运行的多种类型的风电机组描述了相应的模型，但是其中的大多数模型都不能够轻易地在PSS/E中得以实现，这是因为模型中含有与风电机组控制相关的较小时间常数，PSS/E采用的基频分量仿真算法无法将这些时间常数考虑在内。

发明内容

本发明的目的是提供一种常规电力系统仿真软件中风电机组模型的仿真方法，建立较为准确的风电机组模型，尽可能反映风电机组的运行调节特性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种常规电力系统仿真软件中风电机组模型的仿真方法，使用常规电力系统仿真软件建立风电机组模型，所述的仿真方法包括以下步骤：

S100）将功率逆变器表示为一个可控电流源电流源，通过转子侧功率逆变器来控制风电机组的出力，建立逆变器控制模型；

S200）基于磁链定位的矢量控制，跟踪双馈感应发电机定子的磁链向量，建立转子侧功率逆变器模型；