[发明专利]基于自适应模式切换的双馈风机数字物理混合仿真方法

说明书

一种基于自适应模式切换的双馈风机数字物理混合仿真新方法，属于新能源发电技术领域。本发明的目的是提出了利用小波神经网络时间序列预测算法对延时（包括设备延时及计算延时）进行补偿策略的基于自适应模式切换的双馈风机数字物理混合仿真新方法。本发明步骤是：设计接口及其开关判据，动态阻抗实时匹配及延时补偿，利用Morlet小波作为神尽元激励函数，最后输出学习结果，完成延时补偿。本发明所提新型接口算法解决了数字物理混合仿真中，因风速波动造成传统接口对电流谐波造成放大影响的问题，在面对励磁冲击电流的影响，接口稳定性和精确性均表现良好，能够精确模拟双馈风机接入对交流电网的影响。为实现风机并网系统数字物理混合仿真提供了技术支撑，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域。

背景技术

风能是一种可再生、无污染且储量巨大的清洁资源，全球范围内一年产生的风能相当于耗煤所产生能量的一千多倍。随着风力发电系统日趋庞大，风机并网仿真技术逐渐成为风力发电系统的重要部分之一。在风机的动态过程中，由于定子电压及磁链的急剧变化，采用传统忽略定子磁链变化的简化风机模型无法达到精确控制的效果；动态物理模拟仿真则可以实现双馈风机并网系统特性的真实模拟，但由于实验成本等因素的限制，无法对整体风机组并网进行等效模拟。数字物理混合仿真，又称功率硬件在环(powerhardware-in-the-loop， PHIL)仿真，结合了实时数字物理仿真和动态物理模拟仿真的优点，不仅能够直观地反映双馈风机的并网运行特性，也可以对其动态过程进行设计分析，逐渐成为研究风机并网仿真的新方法。

接口算法是解决PHIL仿真系统稳定性和精确性问题的关键技术，理想变压器模型(ideal transformer model，ITM)是PHIL仿真中较为常用的接口算法，其物理仿真系统具有较高的仿真精度，但数字仿真系统的精确性相对较差，且接口稳定性受限于数字侧等效阻抗和物理侧等效阻抗的大小关系，容易失稳。阻抗实时匹配的阻尼阻抗法(dampingimpedance method，DIM)具有较高的稳定裕度，且数字侧仿真结果几乎不受扰动和延时的影响，精确性要优于其他接口算法，但由其波特图频谱分析可以得知在受到电流冲击等扰动时会放大谐波，且在阻抗匹配的过程中需要实时采集并传输风机转速，然而由于I/O接口等设备及计算延时必然会造成等效阻抗延时的匹配，大幅降低接口精确性。

发明内容

本发明的目的是提出基于自适应模式切换以及小波神经网络时间序列预测延时补偿的双馈风机数字物理混合仿真新方法。

本发明步骤是：

(1)设计功率接口及其开关判据

在功率接口数字侧添加接地滤波器Z_k，在风机起动以及并网等动态过程中保持开关闭合，感性滤波器接入电路；在风机达到稳态运行后开关断开，滤波器切离功率接口。

对风机定子三相电流进行快速傅里叶变换，提取电流中的非周期分量即直流分量，并获得直流分量含有率δ_DC，设定δ_DC作为衡量系统临界稳态判断的指标：

(2)物理侧动态阻抗实时匹配

求取定转子电压方程：

U_s＝R_sI_s+jω₁ψ_s

U_r＝R_rI_r+jsω₁ψ_r