[发明专利]基于三阶模型的主动支撑型永磁风电机组小干扰分析方法

说明书

本发明公开了基于三阶模型的主动支撑型永磁风电机组小干扰分析方法，包括：建立同步发电机标准三阶模型、励磁控制器设计、内环控制器设计、永磁风电机组的网侧主动支撑控制策略设计，最后采用永磁风电机组的网侧主动支撑控制策略分析有功负荷扰动和无功负荷扰动下对系统支撑能力，本发明基于同步发电机三阶模型对永磁风电机组网侧变流器主动支撑控制策略进行改进，在不考虑机侧波动因素前提下，改善永磁风电机组小干扰稳定性；同时由于电压支撑特性的提高，也改善了有功支撑能力和无功支撑能力。

技术领域

本发明属于永磁风电机组低电压穿越技术领域，具体涉及基于三阶模型的主动支撑型永磁风电机组小干扰分析方法。

背景技术

近年来，由于石油、煤炭等常规化石能源的日益枯竭，能源危机问题受到世界各国的普遍关注。由此而来随着风电机组接入电网的比例不断增高，传统同步机组相对容量比例下降，风电机组将在电网运行中承担更重要的角色。目前风电机组并网小干扰稳定性研究已经日新月异了，与此同时，系统侧对风电机组低电压状态下对支撑系统平稳度过故障阶段所需的无功支撑能力也随之提高，随着风机渗透率的不断提高，其在系统中所需扮演的角色越来越重要，不再是单一的发电单元，同时也需要具备一定能力的频率调节能力和电压调节能力。

发明内容

本发明的目的是提供基于三阶模型的主动支撑型永磁风电机组小干扰分析方法，提高永磁风力发电机组在小扰动状态下有功/无功支撑能力。

本发明所采用的技术方案是，基于三阶模型的主动支撑型永磁风电机组小干扰分析方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、在同步发电机二阶模型的基础上，基于新能源电网主动支撑控制技术在控制中产生转子运动角加入了一阶暂态电压方程，建立同步发电机标准三阶模型；

步骤2、在电力系统出现不平衡功率冲击时，通过主动支撑型VSC的励磁调节器自动调整发电机的端口电压，设计励磁调节器；

步骤3、永磁风电机组网侧主动支撑控制模型中，底层控制方式采用双环控制方法，设计内环控制器；

步骤4、将同步发电机标准三阶模型、励磁调节器、内环控制器应用于永磁风电机组网侧控制中，设计永磁风电机组的网侧主动支撑控制策略；

步骤5、采用永磁风电机组的网侧主动支撑控制策略分析有功负荷扰动和无功负荷扰动下对系统支撑能力。

本发明的特点还在于：

步骤1中同步发电机标准三阶模型为：

式中：H为虚拟惯量，D为阻尼系数，ω为标么值下的发电机角速度，Δω为额定转速与实际转速的偏差，P_m为机械功率，P_e为电磁功率，δ为发电机功角；T_d0′为同步发电机励磁绕组的时间常数，E_q′为暂态电动势，E_qe为强制空载电动势，i_d为直轴电流分量，x_d为直轴同步电抗，x_d′为直轴瞬变电抗，w₀表示额定转速。

步骤2具体过程为：

在系统出现不平衡功率冲击时，通过主动支撑型VSC的励磁调节器自动调整发电机的端口电压，励磁调节器简化为用电压偏差量作为输入信号的等值一阶惯性环节，表达式为：

式中：U_meas为主动支撑型VSC出口端电压，U_ref为电压参考值，ΔE_f为励磁电压偏差量；K_e表示自动励磁调节器增益，T_e表示虚拟励磁调节器时间常数；