一種雙饋風電機組機電暫態模型的建模方法與流程

2023-06-01 22:59:36

本發明屬於電力系統模擬
技術領域：
，尤其是一種雙饋風電機組機電暫態模型的建模方法。
背景技術：
：隨著能源資源緊缺、氣候環境惡化問題日益突出，在除水電外可再生能源發電中風力發電因成本較低和技術最成熟而得到迅猛發展。海上風電場具有風速高、風力穩定、幹擾少、發電量大等優勢，已成為未來風電發展的重要選擇。我國東部沿海地區海上風能資源豐富且距離負荷中心近，具備大規模發展的資源條件和市場需求，開發海上風電可有效改善東部電力供應結構能源供應情況。風電等可再生能源的大規模應用，必然帶來集中接入、遠距離傳輸以及風電場內部集電線路網絡化等問題，從而改變電力系統的運行特徵。對接入點而言，規模化的風電場對系統運行的影響需要一起關注，需要有效掌握電網運行狀態變化與風電機組和風電場暫態特性的之間的關聯關係和相互影響，以提前掌握大規模風電場接入系統後的系統安全穩定狀態，確保系統的安全穩定運行。其中，實現風電機組的建模和大規模風電場的等值是其中最基礎最核心的問題之一。技術實現要素：本發明的目的之一是提供一種雙饋風電機組機電暫態模型的建模方法，以解決現有技術中根據廠商提供的設計參數建立模型，導致模型可靠性較低的問題。在一些說明性實施例中，所述雙饋風電機組機電暫態模型的建模方法，包括：根據雙饋風電機組中的物理結構和設計參數，構建初始模型；對所述初始模型中辨析度高的模型參數進行實測辨識，對所述初始模型中辨析度低的模型參數進行擬合辨識；根據所述實測辨識和擬合辨識的結果，構建最終模型。與現有技術相比，本發明的說明性實施例包括以下優點：本發明解決了雙饋風電機組缺乏與實際相符的計算模型參數問題，通過實測辨識和擬合辨識，可以得到當前系統的精確度高的模型參數，利用得到的模型參數再構建系統模型，系統模型可靠性高，為電網的安全穩定運行提供有力支撐。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：圖1是按照本發明的說明性實施例的流程圖；圖2是按照本發明的說明性實施例的流程圖；圖3是按照本發明的說明性實施例的控制模型；圖4是按照本發明的說明性實施例的控制模型；圖5是按照本發明的說明性實施例的控制模型；圖6是按照本發明的說明性實施例的控制模型；圖7是按照本發明的說明性實施例的控制模型；圖8是按照本發明的說明性實施例的控制模型；圖9是按照本發明的說明性實施例的控制模型。具體實施方式在以下詳細描述中，提出大量特定細節，以便於提供對本發明的透徹理解。但是，本領域的技術人員會理解，即使沒有這些特定細節也可實施本發明。在其它情況下，沒有詳細描述眾所周知的方法、過程、組件和電路，以免影響對本發明的理解。如圖1所示，公開了一種雙饋風電機組機電暫態模型的建模方法，包括：S11、根據雙饋風電機組中的物理結構和設計參數，構建初始模型；S12、對所述初始模型中辨析度高的模型參數進行實測辨識，對所述初始模型中辨析度低的模型參數進行擬合辨識；S13、根據所述實測辨識和擬合辨識的結果，構建最終模型。本發明解決了雙饋風電機組缺乏與實際相符的計算模型參數問題，通過實測辨識和擬合辨識，可以得到當前系統的精確度高的模型參數，利用得到的模型參數再構建系統模型，系統模型可靠性高，為電網的安全穩定運行提供有力支撐。在一些說明性實施例中，所述根據雙饋風電機組中的物理結構和設計參數，構建初始模型，具體包括：根據所述雙饋風電機組中的變流器控制系統、雙饋電機和槳距角控制系統的物理結構和設計參數，構建所述初始模型。在一些說明性實施例中，所述對所述初始模型中辨析度高的模型參數進行實測辨識，具體包括:對所述初始模型中辨析度高的模型參數進行靜態試驗實測和動態試驗實測。在一些說明性實施例中，對所述初始模型中辨析度高的模型參數進行靜態試驗實測，具體包括：對所述初始模型中的以下環節進行靜態試驗實測：電壓外環控制PID、功率測量、鎖相環、有功控制PID、無功控制PID和低電壓穿越控制限制。在一些說明性實施例中，對所述初始模型中辨析度高的模型參數進行動態試驗實測，具體包括：對所述初始模型中的定子電阻和定子電抗進行動態試驗實測。在一些說明性實施例中，所述對所述初始模型中辨析度高的模型參數進行動態試驗實測，還包括：對槳距角控制系統中的PID參數，低電壓穿越控制目標值，動作時間進行動態試驗實測。在一些說明性實施例中，所述對所述初始模型中辨析度低的模型參數進行擬合辨識，具體包括：對逆變器控制系統的電流內環控制PID等環節進行擬合辨識。在一些說明性實施例中，所述對逆變器控制系統的電流內環控制PID進行擬合辨識，具體包括：採用最小二乘法或遺傳算法，對逆變器控制系統的電流內環控制PID等環節進行擬合辨識。在一些說明性實施例中，在所述根據所述實測辨識和擬合辨識的結果，構建最終模型之後，還包括：校驗所述最終模型，結果滿足預先設定的誤差標準，確定所述最終模型；否則，返回對所述初始模型中辨析度高的模型參數進行實測辨識，對所述初始模型中辨析度低的模型參數進行擬合辨識，重新構建所述最終模型。在一些說明性實施例中，所述校驗所述最終模型的過程，包括：進行故障情況及負載情況的組合工況下的低電壓穿越特性試驗，每個所述組合工況下的試驗結果滿足預先設定的誤差標準；確定所述最終模型的結果滿足預先設定的誤差標準。如圖2所示，公開了一種雙饋風電機組機電暫態模型的建模方法，包括：S21、輸入雙饋風電機組中的變流器控制系統、雙饋電機和槳距角控制系統的物理結構和設計參數，形成雙饋風電機組初始模型；S22、根據雙饋風電機組初始模型，分析其模型參數的可辨識性，對可辨性高的參數進行實測辨識，對可辨性低的參數進行擬合辨識；其中，步驟S22中，具體包括：對辨析度高的環節進行動態試驗實測和靜態試驗實測，包括：1)、靜態試驗實測：對變流器控制系統的模型參數中的電壓外環控制PID、功率測量、鎖相環、有功控制PID、無功控制PID、低電壓穿越控制限制等環節進行靜態試驗實測；根據靜態實測數據對電壓外環控制PID、功率測量、鎖相環、有功控制PID、無功控制PID、低電壓穿越控制限制等參數進行辨識；2)、動態試驗實測：①對雙饋電機的模型參數中的定子電阻、定子電抗等環節進行動態試驗實測；根據實測數據對定子電阻、定子電抗等參數進行辨識；②對槳距角控制系統的模型參數中的PID參數，低電壓穿越控制目標值，動作時間等環節進行動態試驗實測；根據動態實測數據對槳距角控制系統的PID參數，低電壓穿越控制目標值，動作時間等參數進行辨識；對辨析度低的環節進行動擬合辨識，包括：1)、對逆變器控制系統的模型參數中的電流內環控制PID等環節進行擬合辨識；擬合辨識可以採用最小二乘法進行計算，也可以採用遺傳算法進行計算。S23、根據辨識結果，構建雙饋風電機組模型；其中，對雙饋風電機組模型的進行低電壓穿越特性實測，測試數據作為判斷建模精度是否合格的依據；在所述步驟(10)中，考慮到雙饋風電機組模型的特殊性，需要進行與國標要求一致的20個工況下的低電壓穿越特性試驗，以獲取風機的全面特性，全面校核模型參數精度。20個工況即故障情況與負載情況的組合工況。S24、建立雙饋風電機組模型仿真算例，進行仿真計算；S25、計算結果是否滿足誤差標準；滿足進入步驟S26，否則，返回步驟S22；S26、確定最終模型，並匯總模型參數辨識結果，並且保存相關計算校核中間過程。上述說明性實施例中，所述初始模型具體為：雙饋電機的物理結構如圖3所示的控制模型；其中，us為…定子電壓，is為定子電流，Rs為定子電阻，χs為……定子感抗，χr為……轉子感抗，為定子磁鏈，為轉子磁鏈，Rr為……轉子電阻，ir為……轉子電流，ur為轉子電壓，χm為互感。對應的數學方程如下：vqs=ψds-Rsiqsvds=-ψqs-Rsidsvqr=-dψqrdt+sψdr-Rriqrvdr=-dψdrdt-sψqr-Rridr]]>ψqs=(xm+xs)iqs+xmiqrψds=(xm+xs)ids+xmidrψqr=(xm+xr)iqr+xmiqsψdr=(xm+xr)idr+xmids]]>其中的v、ψ、i分別表示電壓、磁鏈和電流，下標d和q分別代表d軸和q軸分量，下標s和r分別代表定子和轉子變量。另外，槳距角控制系統是根據功率、轉速等信號控制風電機組的槳距角，正常情況下實現跟蹤最大功率的目的，在故障條件下，實現控制發電機轉速的目的，如圖4所示的控制模型，其中的ωgen為機組轉速，Pgen為機組有功功率，Tr為轉速測量時間常數，Tpr為功率測量時間常數，Kp為轉速控制比例時間常數，Kpp為功率控制比例時間常數，KI為轉速控制積分時間常數，KPI為功率控制積分時間常數，Tp為限制環節時間常數，ωref為轉速參考量，Pref為功率參考量，β為槳槳距角給定量。該模型中發電機轉速和電磁功率作為輸入信號，經過PI環節，給出槳距角控制信號，模型後半部分包括槳距角幅值和變化速率的最大最小限制以及一階慣性環節，一階慣性環節模擬具體執行時的伺服特性。模型實際應用中，可選擇輸入信號發電機轉速和/或電磁功率。有功功率控制方式考慮兩種控制方式：●轉速作為控制信號的控制方式；●恆定轉矩控制方式。第一種控制方式主要根據發電機轉速控制電磁轉矩，進而實現控制電磁功率,具體模型如圖5所示，其中，Kptrq為比例時間常數，Kitrq為積分時間常數，Tpc為限制環節時間常數，Pmin為功率下限，Pmax為功率上限。第二種恆定轉矩控制方式如6所示，其中，Tref為轉矩參考量。發電機無功功率控制一般採用如下幾種模式：●預設控制模式●恆定功率因數控制；●根據機端電壓控制。其中，預設控制模式下，無功功率參考值設置為0。恆定功率因數控制和機端電壓控制對應的模型如圖7所示，其中，Vreg為機組電壓，Vref為機組電壓參考量，KPV為比例時間常數，KVI為積分時間常數，TV為慣性環節時間常數，Qmin為無功下限，Qmax為無功上限，Qref為無功參考量，TPE為……有功測量時間常數，PFref為機組容量參考量。機側變頻器可以採用保留功率控制迴路、電流控制迴路的詳細控制模型，但考慮到機電暫態程序中對於時間尺度較小環節存在數值穩定性問題，同時詳細控制模型對機電暫態仿真結果影響有限，可以考慮採用簡化模型，即轉子電壓控制，如圖8所示：其中，Us為機組定子電壓，Idmin為d軸轉子電流下限，Idmax為d軸轉子電流上限，Idref為d軸轉子電流參考量，Iqre為q軸轉子電流參考量，Iq為q軸轉子電流，Id為d軸轉子電流，Vdmax為d軸轉子電壓上限，Vqmin為q軸轉子下限，Vdr為d軸轉子電壓輸出量，Vqr為……q軸轉子電壓輸出量，KQP為無功環比例時間常數，KQI為無功環積分時間常數。該模型中有功、無功控制信號直接轉換為電流信號經過PI環節控制轉子電壓。正常運行條件下，有功、無功電流限幅環節採用有功功率優先的方式，即無功限幅根據最大電流限制和有功電流計算得到：Iqmax=Imax2-Idref2]]>網側變頻器控制的目標是維持直流電壓為設定值、保證變頻器運行的功率因數為1(零無功)。這意味著網側變頻器與電網只交換有功功率，無功交換隻通過定子迴路完成。可以將其簡化，這樣只考慮直流電壓控制環節，具體模型如圖9所示：其中，UDC為變流器直流側電壓，UDC,ref為直流側電壓參考量，KPUDC為控制環節比例時間常數，KIUDC為控制環節積分時間常數，Id.grid,ref為網側電流輸出參考量。上述中的初始模型通過本發明的說明性實施例中的靜態檢測和動態檢測確定其具體值，將獲得的值放入對應的模型中，即獲得所述最終模型。以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp