[发明专利]一种双馈风机并网端口输出阻抗建模及稳定性分析方法

说明书

本发明公开了一种双馈风机并网端口输出阻抗建模及稳定性分析方法。该方法综合考虑双馈风机定子磁链分量以及风机控制系统中的锁相环、电流环环节对系统输出阻抗的影响，建立了双馈风机并网端口整体输出阻抗模型和弱电网阻抗模型，基于两个模型和广义奈奎斯特稳定判据，分析弱电网条件下并网双馈风机输出阻抗特性对于稳定性的影响，进而指导风机控制系统环路参数的优化设计。本发明的阻抗模型结构简单，具有良好的精确度；本发明稳定性分析方法简单有效，为弱电网条件下双馈风机并网小干扰稳定性分析提供了模型和方法。

技术领域

本发明属于双馈感应发电机并网稳定性研究领域，尤其涉及一种双馈风机并网端口输出阻抗建模及稳定性分析方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着传统化石能源危机和环境污染问题的日益严峻，开发利用新能源已成为世界各国的共识。其中，风力发电，经过近二十年的实践检验，已经成为公认的最具有商业化发展前景的新能源形式。国内风电场多分布与“三北”地区，考虑到该地区远离负荷中心，短路容量小，受负荷投切影响较大等特点，输电线路阻抗便不可忽视。双馈风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)作为公认的最具商业发展前景的风力发电并网设备，其与弱电网的交互稳定性问题成为研究重点。

目前，研究双馈风机并网稳定性的方法主要有状态空间变量法和阻抗分析法。对于状态空间变量法而言，通过列写状态空间矩阵，计算各状态变量的特征值及阻尼比及每个环节的参与因子的方式分析并网稳定性，使分析对象具备较高精度。但是高阶的状态变量矩阵为系统运算带来极大困扰，同时不同稳态运行点的改变也会造成状态变量多次列写的麻烦。而阻抗分析法则能够规避这些问题，仅需要建立并网设备的输入阻抗模型，再通过广义奈奎斯特判据便可以分析其弱电网中的稳定性。

阻抗分析法的优势不言而喻，因此建立双馈风机的输入阻抗模型成为亟待解决的问题。国内外学者针对这一问题已经做出如下研究：

(1)双馈风机本体建模。这一方法通过双馈风机定转子电压和磁链的内在联系，建立输入阻抗模型。但是此建模过程忽略了锁相环、电流环参数对输入阻抗影响，与并网双馈风机系统的实际输入阻抗相差较大。

(2)双馈风机模块化建模。这一方法在dq轴两相旋转坐标系中考虑双馈风机相应矢量内在联系的同时，综合考虑了锁相环、电流环参数对于输入阻抗影响，建立了模块化输入阻抗的小信号模型，完成模型的建立。但是，模块化的输入阻抗为稳定性分析带来了极大困难，存在明显不足，无法为双馈风机阻抗模型的建立提供指示性作用。

因此，目前需要建立一种能够综合考虑定子磁链分量以及并网控制系统中的锁相环、电流环环节对输入阻抗影响的双馈风机整体输入阻抗模型。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种双馈风机并网端口输出阻抗建模及稳定性分析方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双馈风机并网端口输出阻抗建模及稳定性分析方法，包括以下步骤：

(1)建立并网双馈风机整体输出阻抗模型Z_DFIG，包括以下子步骤：

(1.1)求取锁相环小信号模型传递函数，得到：

其中，Δθ为电网相位角扰动，Δu_sdq为并网电压扰动，Im[Δu_sdq]为并网电压波动量的虚部，U_sdq为并网电压的稳态运行点，k_p,PLL为锁相环比例系数，k_i,PLL为锁相环积分系数，s为微分运算子；

(1.2)求取电流内环指令小信号模型传递函数，得到：

其中，为转子电流指令扰动，为转子电流指令dq轴分量的稳态运行点；