一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法
【专利摘要】本发明提供了一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法，包括步骤1：构建双馈风电机组的仿真模型；步骤2：依据仿真模型设置待调整轴系扭振参数；步骤3：通过黄金分割法获取所述待调整轴系扭振参数的临界值。和现有技术相比，本发明提供的一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法，基于双馈风电机组的仿真模型并采用黄金分割法获取待调整轴系扭振参数的临界值，算法高效、简洁易于实现。
【专利说明】一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双馈风机轴系扭振的分析方法，具体涉及一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法。
【背景技术】
[0002]大力发展可再生、无污染、能量大、前景广的风电技术已成为世界各国的能源战略的重要选择。然而接入大量风电将增加电力系统动态特性的复杂程度，对电力系统安全稳定运行产生严重影响，主要包括风电机组参数的不合理配置将会引起风电机组的轴系扭振。当前风力发电系统的风电机组主要采用双馈风电机组，因此有效调整双馈风电机组转子侧控制参数配置避免引发双馈风电机组轴系扭振为急待克服的技术难题。
[0003]现有技术中双馈风电机组转子侧控制参数对双馈风电机组轴系扭振影响的研究主要通过时域仿真分析法，利用各类仿真平台搭建包含双馈风电机组模型的电力系统进行时域仿真分析。双馈风电机组模型包括绕线式异步电机，AC/DC/AC变频器及其控制环节，通过改变转子侧的控制参数分析其对双馈风电机组轴系扭振的影响。其中网侧变换器主要用于控制主流母线电压保持稳定、获得良好的交流输入性能，并不直接参与对双馈风电机组的控制；转子侧变换器则是用来实现对双馈风电机组的运行控制，其控制的有效性将直接影响风电系统的运行性能。因此利用传统双馈风电机组模型分析转子侧控制参数对双馈风电机组轴系扭振的影响，不仅工作量较大，模型较为复杂，而且不能忽略其他因素存在可能带来的影响。综上提供一种能够用于分析转子侧控制参数对双馈风电机组轴系扭振影响的简化模型，并且能够快速准确计算双馈风电机组轴系扭振临界点的分析方法显得尤为重要。
【发明内容】
[0004]为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法，所述方法包括下述步骤:
[0005]步骤1:构建双馈风电机组的仿真模型；
[0006]步骤2:依据所述仿真模型设置待调整轴系扭振参数；以及
[0007]步骤3:通过黄金分割法获取所述待调整轴系扭振参数的临界值。
[0008]优选的，所述仿真模型包括与加法器的输出端相连的PI控制器，分别与所述加法器的输入端相连的双馈风电机组有功功率采集端和无功功率采集端；所述PI控制器的输出端与可控电流源相连；所述可控电流源依据所述PI控制器发送的控制输入信号，调整所述双馈风电机组中感应电机转子的电流输入值；
[0009]优选的，所述PI控制器的控制模式为& 其中，所述Kp为增益参数，所述Ti为积分时间参数；
[0010]优选的，所述待调整轴系扭振参数Xg包括转子侧增益参数和转子侧积分时间参数；
[0011]优选的，所述步骤3中获取所述待调整轴系扭振参数Xg的临界值X。包括:
[0012]步骤3-1:获取所述方法的分析初始点X1和X2 ;所述X1为所述仿真模型故障后，双馈风电机组的电磁转矩波形收敛并稳定的转子侧控制参数X的值；所述X2为所述仿真模型故障后，双馈风电机组的电磁转矩波形发散的转子侧控制参数X的值；
[0013]步骤3-2:依据所述分析初始点X1和X2计算待调整轴系扭振参数Xg的值；所述Xg=X^0.618 (X2-X1)；
[0014]步骤3-3:依据所述待调整轴系扭振参数Xg构建所述仿真模型，获取所述仿真模型故障后，双馈风电机组的电磁转矩波形；
[0015]若所述电磁转矩波形为稳定的等幅振荡波形，则所述临界值X。= Xg ;
[0016]若所述电磁转矩波形为收敛波形，则令分析初始点X1=Xg,并返回步骤3-2 ;若所述电磁转矩波形为发散波形，则令分析初始点X2=Xg,并返回步骤3-2。
[0017]与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是:
[0018]1、本发明提供的一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法，能够很大程度上减小建模工作量，降低模型复杂程度，并且在分析转子侧控制参数对双馈风电机组轴系扭振影响时更具针对性；
[0019]2、本发明技术方案中，双馈风电机组的仿真模型保留了需要分析的转子侧控制环节，简化了不需要分析的次要环节，并且仿真模型能够很好地实现双馈风电机组的控制效果，能够有效地分析转子侧控制环节对双馈风机的影响；
[0020]3、本发明技术方案中，基于双馈风电机组的仿真模型并采用黄金分割法获取待调整轴系扭振参数的临界值，算法简洁易于实现，能够有效地实现参数临界值的搜索。从而为更好地确定转子侧控制参数，进一步降低双馈风机轴系扭振的风险提供了依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0022]图1是:本发明实施例中双馈风电机组轴系扭振临界点计算方法流程图；
[0023]图2是:本发明实施例中双馈风电机组转子侧的控制环节结构图；
[0024]图3是:本发明实施例中通过可控电流源获取双馈风电机组转子电流示意图；
[0025]图4是:本发明实施例中基于双馈风电机组简化模型的电力系统结构图；
[0026]图5是:本发明实施例中Ti = 400s时，系统故障后的双馈风电机组电磁转矩波形图；
[0027]图6是:本发明实施例中Ti = 40s时，系统故障后的双馈风电机组电磁转矩波形图；
[0028]图7是:本发明实施例中Ti = 262.48s时，系统故障后的双馈风电机组电磁转矩波形图；
[0029]图8是:本发明实施例中Ti = 132.52s时，系统故障后的双馈风电机组电磁转矩波形图。
【具体实施方式】[0030]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0031]本发明提供了一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法，包括基于双馈风电机组的简化模型快速获取双馈风电机组轴系扭振临界点，从而对其进行扭振影响的分析；如图4所示基于双馈风电机组简化模型的电力系统结构图，双馈风电场通过输电线分别与两个无穷大电力系统相连，一条输电线路上设置串补电容，并且可以在特定的时刻对串补电容进行旁路，另一条输电线路上设置三相接地短路故障；图2和图3分别示出了本实施例中双馈风电机组简化模型中转子侧的控制环节图和感应电机转子输入电流示意图；
[0032]图2中上半部分为有功功率控制环节，通过有功功率控制环节得到q轴电流参考值;下半部分为无功功率控制环节，通过无功功率控制环节得到d轴电流参考值Iri
;其中，QMf和PMf分别为双馈风电机组发出的有功功率参考值和无功功率参考值，Q和P分别为双馈风电机组发出的有功功率实测值和无功功率实测值，PI控制器的控制模式为
κι'+如Kp为增益参数，Ti为积分时间参数。本实施例中，有功功率控制环节和无功功率
控制环节中的PI控制器的参数一致，对于有功功率控制环节和无功功率控制环节中的PI控制器参数不一致的情况同样可以采用本发明中公开的分析方法。
[0033]如图3所示，将转子外环控制环节得到电流分量μ和经过Park变换逆变换得到相应的三相电流参考值Ia—,ef、Ib—,ef和Igef ;将三相电流参考值Ia—,ef、Ib—,ef和Igef分别作为三个可控电流源的控制输入信号，从而这三个可控电流源将分别产生与Ia—ref、Ib—ref和I。—相等的电流输入双馈风电机组中感应电机转子。
[0034]根据上述图2和图3所示的建模方法可将传统双馈风电机组模型中的AC/DC/AC变频器以及网侧控制环节忽略，得到分析转子侧控制参数对双馈风电机组轴系扭振的简化模型。
[0035]本发明提供的双馈风电机组轴系扭振临界点计算方法如图1所示，其具体步骤为:
[0036]( I)采用图2和图3所示方法构建双馈风电机组的仿真模型；
[0037]包括与加法器的输出端相连的PI控制器，分别与加法器的输入端相连的双馈风电机组有功功率采集端和无功功率采集端；PI控制器的输出端与可控电流源相连；可控电流源依据PI控制器发送的控制输入信号，调整双馈风电机组中感应电机转子的电流输入值。
[0038](2)依据仿真模型设置待调整轴系扭振参数；
[0039]待调整轴系扭振参数包括转子侧增益参数和转子侧积分时间参数，若需要分析增益参数对双馈风机轴系扭振的影响则选取增益参数作为待调整轴系扭振参数；若需要分析积分时间参数对双馈风机轴系扭振的影响则选取积分时间参数为待调整轴系扭振参数；确保双馈风机能够稳定正常运行的条件下设置其他控制参数的值。
[0040](3)通过黄金分割法获取待调整轴系扭振参数Xg的临界值X。；
[0041]①:获取分析初始点X1和X2 ;
[0042]X1为仿真模型发生故障后双馈风电机组的电磁转矩波形收敛并稳定的转子侧控制参数X的值；χ2为仿真模型发生故障后双馈风电机组的电磁转矩波形发散的转子侧控制参数X的值；
[0043]②:依据分析初始点X1和X2计算待调整轴系扭振参数Xg的值；xg =x^0.618 (χ2_χι)；
[0044]③:依据待调整轴系扭振参数Xg构建仿真模型，获取仿真模型发生故障后双馈风电机组的电磁转矩波形；若电磁转矩波形为稳定的等幅振荡波形，则临界值Xe = Xg ;若电磁转矩波形为收敛波形，则令分析初始点X1=Xg，并返回步骤②；若电磁转矩波形为发散波形，则令分析初始点x2=xg，并返回步骤②。
[0045]本实施例中基于PSCAD/EMTDC仿真软件进行分析，对于具有电磁暂态仿真功能的仿真软件同样可以采用本方法。
[0046]步骤(1):如图4所示的基于双馈风电机组简化模型的电力系统结构图，双馈风电机组终端通过变压器升压后通过两条输电线路将电能输出，电力系统末端为无穷大系统；一条输电线路上设置串补电容，并且可以在特定的时刻对串补电容进行旁路，另一条输电线路在IOs时发生三相接地短路故障，10.05s后将故障线路切除。
[0047]步骤(2):将PI控制器的积分时间参数Ti设置为待调整轴系扭振参数，增益参数ΚΡ=2.5X10'
[0048]步骤(3):通过PSCAD/EMTDC仿真软件对电力系统进行时域仿真；如图5所示，当Tn=400s时电力系统发生故障后，双馈风电机组电磁转矩波形收敛；如图6所示，当Ti2=40s时电力系统发生故障后，双馈风电机组电磁转矩波形发散；因此选取Tn=400s和Ti2=40s为分析初始点；
[0049]依据分析初始点Tn=400s和Ti2=40s计算待调整轴系扭振参数Tig的值；
[0050]Tig = Τη+0.618 (Ti2- Til) = 262.48 式(I);
[0051]依据待调整轴系扭振参数Tig重新构建仿真模型，获取仿真模型发生故障后双馈风电机组的电磁转矩波形；如图7所示Tig = 262.48s时，系统故障后的双馈风电机组电磁转矩波形收敛，则令Tn=Tig=262.48s后将Tn=262.48s代入式(I)重新获取待调整轴系扭振参数Tig，反复迭代15次；iTig=132.52s时，系统故障后的双馈风电机组电磁转矩波形为稳定的等幅振荡波形，如图8所示。由此，双馈风电机组轴系扭振临界点1=1^=132.52s。
[0052]最后应当说明的是:所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
【权利要求】
1.一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤: 步骤1:构建双馈风电机组的仿真模型； 步骤2:依据所述仿真模型设置待调整轴系扭振参数；以及 步骤3:通过黄金分割法获取所述待调整轴系扭振参数的临界值。
2.如权利要求1所述的一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法，其特征在于，所述仿真模型包括与加法器的输出端相连的PI控制器，分别与所述加法器的输入端相连的双馈风电机组有功功率采集端和无功功率采集端；所述PI控制器的输出端与可控电流源相连；所述可控电流源依据所述PI控制器发送的控制输入信号，调整所述双馈风电机组中感应电机转子的电流输入值。
3.如权利要求2所述的一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法，其特征在于，所述PI控制器的控制模式为夂;其中，所述Kp为增益参数，所述Ti为积分时间参数。
4.如权利要求1所述的一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法，其特征在于，所述待调整轴系扭振参数Xg包括转子侧增益参数和转子侧积分时间参数。
5.如权利要求1所述的一种转子侧控制参数对双馈风机轴系扭振影响的分析方法，其特征在于，所述步骤3中获取所述待调整轴系扭振参数Xg的临界值X。包括: 步骤3-1:获取所述方法 的分析初始点X1和X2 ;所述X1为所述仿真模型故障后，双馈风电机组的电磁转矩波形收敛并稳定的转子侧控制参数X的值；所述X2为所述仿真模型故障后，双馈风电机组的电磁转矩波形发散的转子侧控制参数X的值； 步骤3-2:依据所述分析初始点X1和X2计算待调整轴系扭振参数xg的值；所述xg =x^0.618 (χ2_χι)； 步骤3-3:依据所述待调整轴系扭振参数Xg构建所述仿真模型，获取所述仿真模型故障后，双馈风电机组的电磁转矩波形； 若所述电磁转矩波形为稳定的等幅振荡波形，则所述临界值X。= Xg ; 若所述电磁转矩波形为收敛波形，则令分析初始点X1=Xg，并返回步骤3-2 ;若所述电磁转矩波形为发散波形，则令分析初始点x2=xg，并返回步骤3-2。
【文档编号】G06F17/50GK103886128SQ201410055093
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】张磊, 王湘艳, 管永高, 汤奕, 朱凌志, 赵大伟, 刘艳章, 钱敏慧, 陈宁, 姜达军, 葛路明 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 东南大学