[发明专利]一种单边限幅的直驱风机同步振荡频率计算方法及终端

说明书

本发明公开了一种单边限幅的直驱风机同步振荡频率计算方法及终端，首先，考虑直驱风机内部的风轮轴系、同步发电机以及机侧/网侧变流器部分，包括锁相环、电流环、电压环等控制环节，建立起直驱风机系统的第一时域模型。其次，理论与仿真表明该系统为一正阻尼系统，基于PSCAD电磁暂态仿真获得在大扰动后d轴电流参考值单边限幅饱和引起的切换型振荡现象，并分析振荡发生的参数范围。最后，基于由第一时域模型简化得到第一频域模型和d轴不对称单边限幅饱和的描述函数，并计算不同限幅上限的振荡，能够针对正阻尼下受到大扰动后因d轴电流参考值单边限幅饱和引发的直驱风机系统切换型振荡现象，提高振荡频率计算的准确性。

技术领域

本发明涉及电力系统稳定运行分析技术领域，特别涉及一种单边限幅的直驱风机同步振荡频率计算方法及终端。

背景技术

以风电为代表的新能源发电技术日益发展，现代电力系统的运行方式和动态特性发生明显变化。高比例新能源发电与高比例电力电子设备的电力系统趋势明显，统称“双高”系统。“双高”系统的稳定问题不容忽视。特别的，由电力电子换流器引发的次/超同步振荡问题引起学者的广泛关注。

直驱风机包含全功率电力电子换流器，根据电力电子换流器参与的次/超同步振荡数学机理可以分为：负阻尼振荡、光滑的强迫振荡、切换型振荡以及其他复杂振荡四种。现有的研究大多关注与小干扰下的负阻尼振荡，即当某些参数变化时，会导致相应的次/超同步振荡模式阻尼变负，引起单一频率发散的局部振荡。直驱风机通过阻抗分析表明，其在次/超同步振荡频率范围内，呈现“负阻-容抗”性质，与弱交流电网(正阻-感抗)易发生相互作用，构成等效的负电阻谐振电路，从而引发次/超同步振荡。

同时由于电力电子设备中包含限幅饱和及不同控制模式的切换，直驱风机系统是典型的非光滑系统(分段光滑系统)。系统形成的振荡过程往往是伴随着限幅饱和过程的非线性过程，非线性切换环节引发/参与振荡的发生概率并不小，因此有必要考虑非线性切换环节对系统振荡动态的影响。

目前关于直驱风机参与的切换型振荡研究大多集中于两个方面：一是基于频域的切换型振荡近似分析法，二是基于时域仿真和非光滑分岔特性的切换型振荡分析法。

在基于频域近似分析法的切换型振荡分析方面，现有研究主要采用描述函数法分析非线性环节对振荡的影响。其基本思想是将非线性环节作用利用基波响应代替，从而在频域内近似为线性系统，在时域内近似为光滑系统。

在基于时域仿真和非光滑分岔特性的切换型振荡分析法方面，现有研究一是考虑非线性环节会导致系统因失去平衡点而失去稳定；二是直接分析限幅饱和引发的切换型振荡。然而，上述研究均对已出现切换型振荡的系统进行分析，并未考虑原稳定系统在受到干扰后因非线性环节作用而引起的系统动态行为的变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种单边限幅的直驱风机同步振荡频率计算方法及终端，能够针对正阻尼下受到大扰动后因d轴电流参考值单边限幅饱和引发的直驱风机系统切换型振荡现象，提高振荡频率计算的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种单边限幅的直驱风机同步振荡频率计算方法，包括步骤：

对直驱风机建立第一时域模型，所述第一时域模型包括风轮轴系、同步发电机、机侧变流器、网侧变流器、锁相环、电流环和电压环对应的状态变量；

基于电磁暂态仿真获得在大扰动后所述第一时域模型的d轴电流参考值单边限幅饱和引起的切换型振荡，计算所述切换型振荡的参数范围；

根据所述切换型振荡的参数范围，将所述第一时域模型简化为第一频域模型和d轴不对称单边限幅饱和的描述函数，并计算不同限幅上限时的振荡频率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：