[发明专利]双馈型风力发电虚拟同步发电机建模方法

说明书

本发明公开了一种基于戴维南‑诺顿等效的双馈型风力发电虚拟同步发电机建模方法，包括：采样；通过改变传统的双馈风机建模方法，利用戴维南‑诺顿等效定理，建立起基于戴维南与诺顿等效的双馈电机模型，主要包括建立双馈电机定子侧的戴维南等效数学模型以及转子侧的诺顿等效数学模型。这种建模方法大大简化了电网与双馈电机定子、网侧变流器公共连接处的代数方程计算，使之与系统数学模型更加匹配，物理意义更加清晰。

技术领域

本发明涉及一种双馈风力发电机建模方法，尤其是一种基于虚拟同步发电机的双馈型风力发电系统建模方法。

背景技术

近年来，随着风电、光伏等新能源的迅猛发展，新能源在电网中的比例日益上升，形成了高比例新能源并网发电的电力系统格局。目前，作为风力发电主流机型的双馈型风力发电系统，定子侧直接与电网相连，转子侧通过电力电子变换器与电网相连，难以提供充足的阻尼和惯性，且难以发挥电机转子惯量的作用，这在高比例新能源并网的电力系统中会弱化系统的调频和调压能力，给系统的安全稳定运行带来巨大压力和挑战。为此，很多专家学者提出了基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)技术的双馈型风力发电系统。该技术通过改造电力电子变换器的控制算法，使并网发电系统模拟同步发电机特性为系统提供同步支撑，从而改善系统调频和调压特性。由于风能具有随机性和间歇性的特点，基于VSG的双馈型风力发电系统并网后的稳定性问题，尤其是小干扰稳定问题成为研究者亟需解决的课题之一。其中建立整个系统的小信号模型并进行仿真分析是重要的研究手段之一。

题为《风力发电与光伏发电系统小干扰稳定研究》(黄汉奇.风力发电与光伏发电系统小干扰稳定研究[D].华中科技大学,2012.)的文章建立了风力发电系统的小信号简化模型，并分析了直流电压小干扰稳定特性，其模型忽略了磁链、转子运动方程等的动态过程。

题为《基于小信号模型的虚拟同步发电机稳定性分析与设计研究》(陈昕.基于小信号模型的虚拟同步发电机稳定性分析与设计研究[D].电子科技大学,2017.)的文章忽略了内环特性，建立VSG低频处的有功和无功功率环解耦模型，并分析了其稳定性，给出了相关的参数设计。

题为《电流控制型虚拟同步发电机的小信号建模与稳定性分析》(孙大卫,刘辉,高舜安,宋鹏,徐彭亮.电流控制型虚拟同步发电机的小信号建模与稳定性分析[J].电网技术,2018,42(09):2983-2993.)给出了电流控制型虚拟同步发电机的小信号建模与稳定性分析，给出了VSG控制参数对系统稳定性的影响。

题为《双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响》(马静,李益楠,邱扬,王增平.双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响[J].电力系统自动化,2016,40(16):1-7.)的文章进一步给出了电流控制型的虚拟惯量控制对双馈风力发电系统稳定性的影响。

综上所述，目前文献大多对VSG或者双馈风力发电系统进行了各种不同近似程度的建模，但对涉及基于VSG的双馈型风力发电系统，尤其是电压控制型的双馈型风力发电系统建模研究还有待于进一步深入和探索。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对基于VSG的双馈型风力发电系统，提供一种基于戴维南-诺顿等效的双馈型风力发电虚拟同步发电机建模方法。

本发明的目的是这样实现的。本发明提供了一种双馈型风力发电虚拟同步发电机建模方法，包括：建立传统双馈型风力发电虚拟同步发电机模型、基于戴维南-诺顿等效的双馈型风力发电虚拟同步发电机模型、双馈型风力发电虚拟同步发电机的转子侧变流器控制模型、双馈型风力发电虚拟同步发电机的网侧变流器控制模型、双馈型风力发电虚拟同步发电机的转子/网侧变流器间直流环节模型和双馈型风力发电虚拟同步发电机的电网接口模型，所述建模方法的步骤如下：

步骤1，建立双馈型风力发电虚拟同步发电机的传统模型，包括：建立dq坐标系中双馈型风力发电虚拟同步发电机的定转子磁链方程、定转子电压方程、电磁转矩方程和转子运动方程；