[发明专利]基于源端动态特性的构网型风电并网系统及稳定分析方法

说明书

本发明属于风电并网技术领域，公开了一种基于源端动态特性的构网型风电并网系统，包括风机、PMSG、基于MPPT模式对风电电磁功率进行调节的机侧换流器和采用VSG控制系统的网侧换流器；风机的输出端与PMSG的输入端连接，PMSG的输出端与机侧换流器的输入端连接，机侧换流器的输出端与网侧换流器的输入端连接，网侧换流器的输出端与电网的输入端连接；本发明还公开了上述基于源端动态特性的构网型风电并网系统的稳定分析方法。本发明适用于对基于源端动态特性的构网型风电并网系统的稳定进行分析，可为虚拟同步技术应用到实际多变运行状态的风机稳定控制提供参考。

技术领域

本发明属于风电并网技术领域，涉及一种构网型风电并网系统，具体涉及一种基于源端动态特性的构网型风电并网系统及稳定分析方法。

背景技术

近年来随着化石能源大量燃烧带来的能源问题和环境问题日益凸显，风能在电力系统中所占比重的越来越高。因此利用沙漠、戈壁等地区丰富的风资源，绿色生态能源战略的重要选择，具备安全、清洁及低廉特征的风力发电受到能源领域的广泛关注。但是，依托高度电力电子化并网的风电逆变器，缺乏转子转速响应电网频率波动的能力，且随着风电渗透率的不断提升，高比例新能源电力系统将逐渐演变为低惯量、弱阻尼特征。现有的风电多为运行于MPPT功率控制模式下，且采用基于锁相环(phaselockedloop,PLL)同步的矢量并网控制策略，一般视其为随网型控制结构。然而，为保证风资源利用最大化，随网型风机缺乏对并网系统阻尼及惯量的调节能力，特别在弱电网接入场景下，PLL控制与风机电流控制的耦合关系极易引发系统失稳风险。

目前为保障新能源电力系统的稳定性，要求风机具备类似同步机响应电网频率、电压波动的机制。在现有风机提升系统稳定能力的控制方法中，按照是否使用PLL 实现与电网同步的原则，划分为两类控制策略：基于PLL的下垂控制和虚拟惯量控制。式中，下垂控制使风电具备系统频率的一次有差调节能力，但对电网缺乏足够的动态响应特性；虚拟惯量控制可以减小与MPPT的控制矛盾，通过扰动时释放风机转子能量实现对系统的惯性响应能力，但其基于电网同步锁相的机制同样存在系统失稳风险。

为了解决上述问题，学者提出了无需PLL主导的构网型自同步电压源型风电 VSG控制策略，通过建立虚拟转子机械方程使风电具备与同步机等效的并网特性。与随网型风电相比较，构网型风电VSG(VirtualSynchronizergenerator)系统对提升弱电网稳定性具有巨大优势。电脑现有研究主要侧重对VSG构网结构及自身惯量、阻尼提升能力进行分析，并未考虑源端风轮机实际运行状态及其调节特性与VSG间的耦合关系对风电VSG系统稳定性的影响。因此研究风机源端动态特性对构网型风电并网系统稳定性的影响对本领域人员具有重要意义。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种基于源端动态特性的构网型风电并网系统，通过建立基于PMSG源端机械特性的虚拟同步PMSG并网系统，求得虚拟同步PMSG并网系统阻尼参数最小值，为构网型风机控制参数整定提供了工程参考；

本发明的另一个目的，是要提供上述基于源端动态特性的构网型风电并网系统的稳定分析方法。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种基于源端动态特性的构网型风电并网系统，包括风机、PMSG、基于MPPT 模式对风电电磁功率进行调节的机侧换流器和采用VSG控制系统的网侧换流器；

所述风机的输出端与PMSG的输入端连接，PMSG的输出端与机侧换流器的输入端连接，机侧换流器的输出端与网侧换流器的输入端连接，网侧换流器的输出端与电网的输入端连接；

所述机侧换流器用于控制直流电压稳定；网侧换流器通过虚拟调速、虚拟励磁环节模拟PMSG外特性具备主动频率及电压支撑能力。

本发明还提供了上述基于源端动态特性的构网型风电并网系统的稳定分析方法，包括以下步骤：