[发明专利]一种基于能量函数法的直驱风机暂态同步稳定域构建方法

权利要求书

1.一种基于能量函数法的永磁同步风力发电机暂态同步稳定域构建方法，其特征在于，包括：

对永磁同步风力发电机并网侧换流器控制模型进行降阶，忽略永磁同步风力发电机动态同步过程关联性较小的控制环节，建立适用于暂态同步稳定性分析的永磁同步风力发电机降阶控制模型；

推导永磁同步风力发电机-无穷大母线系统中的电压电流关系，并代入到锁相环控制系统中，进而推导得到永磁同步风力发电机的同步控制运动方程；

采用首次积分法，基于永磁同步风力发电机的同步控制运动方程，建立永磁同步风力发电机的暂态能量函数；

利用势能边界面法，通过故障轨迹中，首摆过程中势能最大值来确定系统的临界能量值；

利用临界能量值来构建出永磁同步风力发电机的暂态同步稳定域；

通过改变电路参数，研究不同电路参数下永磁同步风力发电机暂态同步稳定域边界的变化情况，从而分析不同电路参数对永磁同步风力发电机暂态同步稳定性的影响。

2.根据权利要求1所述的基于能量函数法的永磁同步风力发电机暂态同步稳定域构建方法，其特征在于，详细的永磁同步风力发电机模型很难直接用于同步过程的分析，有必要简化与同步稳定性分析无关或弱相关的动态过程。该模型可以根据控制系统的多时间尺度特性进行简化。对于永磁同步风力发电机，并网侧换流器可以有效地隔离电网的暂态扰动。因此，可以忽略机侧换流器，需要详细考虑网侧换流器的动态特性。基于以上分析，由于本研究特别关注锁相环的动态同步特性，可以得出适合于永磁同步风力发电机暂态同步稳定性分析的模型假设：

1)包括风力机、机侧换流器和直流电容在内的模型始终是稳态，固定不变的。

2)因为采用适当的电流控制器参数，电流环的带宽要比锁相环的带宽大得多，可以把采用电流矢量控制的并网侧换流器看作一种可控电流源，。

3)在低电压穿越期间，网侧换流器直流母线电压调节器的输出将饱和，即输出电流限制在额定值内。假设全功率风电机组的初始运行状态接近额定值，可以认为故障前后的线路电流是恒定的，即，

其中和是故障前并网侧换流器的输出电流。和是故障后并网侧换流器的输出电流。和是并网侧换流器的电流参考值。

3.根据权利要求1所述的基于能量函数法的永磁同步风力发电机暂态同步稳定域构建方法，其特征在于，推导单永磁同步风力发电机-无穷大母线系统中的电压电流关系，代入到锁相环控制系统中，进而推导得到永磁同步风力发电机的同步控制运动方程为

其中δ是锁相环角度和无穷大电网端电压相角的相角差，U_g是无穷大电网端电压幅值，K_p和K_i分别是锁相环的比例系数和积分系数，r_l+jx_l是电路阻抗，ω_b是额定频率，ω_pll是锁相环频率，ω_g是电网频率。

4.根据权利要求1所述的基于能量函数法的永磁同步风力发电机暂态同步稳定域构建方法，其特征在于，采用首次积分法，基于永磁同步风力发电机的同步控制运动方程，建立永磁同步风力发电机的暂态能量函数：

其中，V是系统总能量，是系统动能，是系统势能。

5.根据权利要求1所述的基于能量函数法的永磁同步风力发电机暂态同步稳定域构建方法，其特征在于，利用势能边界面法确定系统临界能量值，通过寻找故障轨迹首摆过程中，势能的最大值即为系统的临界能量值。

6.根据权利要求1所述的基于能量函数法的永磁同步风力发电机暂态同步稳定域构建方法，其特征在于，通过改变电路参数，研究不同电路参数下永磁同步风力发电机暂态同步稳定域边界的变化情况，从而分析不同电路参数对永磁同步风力发电机暂态同步稳定性的影响。