[发明专利]基于PSCAD的永磁直驱风电机组仿真模型简化结构

说明书

技术领域

本发明属于风电机组技术领域，特别是提供了一种基于PSCAD的永磁直驱风电机组仿真模型简化结构，适用于PSCAD中永磁直驱风电机组仿真模型的简化，以及在PSCAD中进行风电场等值时提高仿真的速度和效率。

背景技术

目前，在PSCAD中搭建永磁直驱风力发电机组仿真模型时，电路主要由主电路部分、控制电路部分及变流器脉冲生成部分组成，其中变流器脉冲生成部分由调制方式决定为PWM调制方式或者SVPWM调制方式。不管采用哪种方式，都会使模型中存在较高频率的脉冲信号，这样为了使仿真波形不失真，PSCAD模型的采样步长一般都在几个微秒左右。

图1为已有模型主电路结构图。包括，风力机模块、永磁直驱发电机模块、机侧变流器模块、机侧变流器模块的控制模块、机侧变流器SVPWM调制模块、直流稳压电容模块、网侧变流器模块、网侧变流器模块的控制模块、网侧变流器SVPWM调制模块、网侧滤波电感、无穷大电网。

模型中风力机模块与永磁直驱发电机模块通过传动链相连接，永磁直驱发电机模块电压输出端口与机侧变流器模块的交流侧相连接，机侧变流器模块的直流侧与直流稳压电容模块并联，再与网侧变流器模块背靠背相联，网侧变流器模块的交流侧通过网侧滤波电感接入无穷大电网。机侧变流器模块的控制模块输入量为功率指令P_s^*和d轴电流指令i_sd^*，输出量为电机侧变流器模块交流侧的目标电压，网侧变流器模块的控制模块输入量为直流母线电压指令U_dc^*和无功功率指令Q_g^*，输出量为网侧变流器模块交流侧的目标电压。机侧变流器模块和网侧变流器模块的目标电压分别经过机侧变流器SVPWM调制模块和网侧变流器SVPWM调制模块得到机侧变流器模块和网侧变流器模块的控制脉冲信号。触发脉冲信号直接送给机侧变流器模块和网侧变流器模块中，控制机侧变流器模块和网侧变流器模块的开断。机侧变流器模块和网侧变流器模块调制出相应的目标电压，从而实现机侧和网侧的控制目标。

在上述这种小步长下做并网仿真的仿真时间长，占用内存大、计算量大，也由此产生了一系列问题：如无法快速反应系统对参数变化的敏感程度，大规模风电并网的仿真速度很慢且对电脑内存要求较高，有时由于机组模型过多导致仿真无法进行等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于PSCAD的永磁直驱风电机组仿真模型简化结构，在PSCAD环境下对永磁直驱发电机（下面简称PMSG）仿真模型的简化结构。为了解决以上问题，本发明首次提出了将影响计算速度的机侧变流器模块和网侧变流器模块等效简化成机侧可控电压源模块和网侧可控电压源模块的接线结构。根据机侧变流器模块和网侧变流器模块的控制原理将模型中机侧变流器模块和网侧变流器模块省略，直接用机侧可控电压源模块和网侧可控电压源模块代替，来模拟机侧变流器模块和网侧变流器模块输出的端口电压。这样，模型中原本需要大量计算的机侧变流器模块和网侧变流器模块就被计算量小的机侧可控电压源模块和网侧可控电压源模块代替，用机侧可控电压源模块和网侧可控电压源模块分别与电机和电网相连，而且不影响模型的控制原理及外部特性，为大规模仿真提供了支持。下面结合附图来详细说明。

图2为本发明的简化模型主电路结构图。

本发明的简化模型中包括风力机模块、永磁直驱发电机模块、机侧可控电压源模块、机侧可控电压源模块的控制模块、网侧可控电压源模块、网侧可控电压源模块的控制模块、网侧滤波电感、无穷大电网。

风力机模块通过传动链与永磁直驱发电机模块相连接，永磁直驱发电机模块与机侧可控电压源模块相连接，网侧可控电压源模块通过网侧滤波电感与无穷大电网相连接。

机侧可控电压源模块的控制模块和网侧可控电压源模块的控制模块部分，机侧可控电压源模块的控制模块的输入信号为功率指令P_s^*和d轴电流指令i_sd^*，输出为电机端口目标电压，将这个目标电压作为机侧可控电压源模块的控制信号，来实现永磁直驱发电机模块的控制目标。网侧可控电压源模块的控制模块的输入信号为d轴电流指令i_d^*和q轴电流指令i_q^*，输出为并网点目标电压，将这个目标电压作为网侧可控电压源模块的控制信号，实现网侧电路的控制目标。