[发明专利]考虑功率控制的永磁同步风机接入弱电网稳定性分析方法

说明书

本发明涉及一种考虑功率控制影响的永磁同步风机接入弱电网稳定性分析方法。新能源发电多采用扰动观察法进行最大功率跟踪，其中的非线性不连续环节导致稳定性分析困难。本发明基于描述函数法分析了永磁同步风机接入弱电网系统的稳定性，充分考虑了功率环中的非线性不连续环节，使分析结果更加精确。同时，描述函数法是一种可以量化地计算振荡功率和幅值的方法，本发明所述分析方法可为振荡抑制及控制器设计提供有力良好参照。

技术领域

本发明涉及一种考虑功率控制影响的永磁同步风机接入弱电网稳定性分析方法，属于电力系统中新能源发电系统稳定性分析领域。

背景技术

可再生能源发电占比不断提升，风力发电装机容量持续增长，风机并网系统的稳定运行成为重要问题。永磁同步风电机组(PMSG)具有能量转换效率高、运行可靠性好、可控性强的优势，装机占比持续提高。为了更好地利用风能，必须采用合适的最大功率跟踪算法，其中扰动观察法无需测量风速，具有较好的实用价值。然而，扰动观察法隐含非线性不连续环节，导致传统的小信号稳定性分析方法难以适用，常规的稳定性分析方法一般忽视基于扰动观察法的功率控制环。描述函数法可以很好地完成非线性环节建模和系统的稳定性分析，其基本思想是，当系统满足一定假设条件时，在正弦输入作用下，系统非线性环节的输出可用一次谐波分量来近似表示，从而获得非线性环节的近似等效频率特性。因此，本发明基于描述函数法提出一种考虑功率控制影响的永磁同步风机接入弱电网稳定性分析方法，充分考虑功率环中的非线性环节，提高稳定性分析的精确性。

发明内容

本发明旨在提出一种考虑功率控制影响的永磁同步风机接入弱电网稳定性分析方法。所述永磁同步风机包括风力机、发电机、机侧变流器、直流电容、网侧变流器、滤波器、机侧变流器控制器和网侧变流器控制器。机侧变流器控制器中，包含功率环，转速环，机侧电流环；网侧变流器控制器中，包含电压环和网侧电流环。

本发明采用如下技术方案：

步骤一：获取永磁同步风机的主要参数，分别建立风力机、发电机及机侧变流器、机侧变流器控制器、直流电容、网侧变流器及滤波器、网侧变流器控制器的数学模型，并在dq坐标系下进行线性化，计算稳态运行参数，得到风力机、发电机及机侧变流器、机侧变流器控制器、直流电容、网侧变流器及滤波器、网侧变流器控制器的小信号模型。

步骤二：基于描述函数法，对机侧变流器控制器中的功率环进行建模，其数学表达式为

其中，ε为功率环扰动步长，T_p为功率环控制周期，P^ref为永磁同步风机输出功率参考值，P表示永磁同步风机输出功率，P_n为当前采样时刻n的永磁同步风机输出功率，P_n-1为上一采样时刻永磁同步风机输出功率，ω_g表示发电机转速，表示发电机转速的参考值，ω_g，n为当前采样时刻发电机转速，ω_g，n-1为上一采样时刻发电机转速。sgn(x)为符号函数，当x≥0时，sgn(x)＝1，当x＜0时，sgn(x)＝-1。考虑实际永磁同步风机的功率-转速曲线，可以认为

其中，ω_mpp表示最大功率点处的发电机转速。进而功率环模型可简化为

式中的符号函数可以采用描述函数进行建模，其描述函数为

式中A表示输入信号的幅值。

步骤三：考虑交流弱电网影响，将弱电网、功率环模小信号模型的线性部分与步骤一中建立的永磁同步风机小信号模型联立，推导系统线性部分的传递函数G(s)。