一种简化的双馈风电系统模型及建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种简化的双馈风电系统模型及建模方法，属于电力元件建模的技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着能源的消耗和环境问题的日益突出，开发利用绿色能源越来越受到人们的重 视，传统的以化石燃料为能量来源的发电方式正在向以太阳能、风能和水能等为能量来源 的新型发电方式转变;其中风力发电容量所占的比例逐年提高，其中双馈风力发电机占很 大比例，因此对双馈风电系统的自身特性和并网特性需要进行深入地研究。
[0003] 建模仿真以其可重复性和准确性，现在已经成为研究电力系统特性的重要手段， 目前仿真研究基于原有双馈风电系统模型，原有双馈风电系统模型虽然能够非常准确地模 拟真实情况，但是由于它包含了大量的器件，具有复杂的结构和控制器件，严重制约了仿真 速度。
[0004]造成上述问题的主要原因在于：目前的双馈风电系统为了实现对风力的最大功率 跟踪，使用了背靠背变流器元件，它包含12个开关器件，一般采用PWM控制技术，具有复杂的 控制触发结构和高频率的触发方式，导致每一次仿真都需要耗费大量的时间，甚至出现大 规模仿真不能进行的情况，这对于研究不同情况下双馈风电系统的特性来说是非常费时费 力的。因此，一种能够对现有双馈风电模型中变流器元件进行简化的模型及建模方法，对于 提高对双馈风电系统的认识、缩短仿真时间、提高仿真效率和提高风电场仿真规模都有重 要意义。
【发明内容】
[0005] 本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为:提供一种建模方法简 单、仿真时间较短、仿真效果较好的双馈风电系统模型及建模方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种简化的双馈风电系统模型，包括发电机、受控电压源模块和控制模块，所述发 电机的定子与外接电网系统的线路相连，所述的发电机的转子通过受控电压源模块与外接 电网系统的线路相连，所述的控制模块与受控电压源模块的控制端相连;所述受控电压源 模块包括第一受控电压源组和第二受控电压源组，所述第一受控电压源组和第二受控电压 源组均包括3个受控电压源;所述第一受控电压源组中的每个受控电压源的电压端分别与 发电子转子的三相电源相连，所述第一受控电压源组中的每个受控电压源的控制端分别与 控制模块的转子侧控制单元相连;所述第二受控电压源组中的每个受控电压源的电压端分 别与外接电网系统的线路的三相电源相连，所述第第二受控电压源组中的每个受控电压源 的控制端分别与控制模块的电网侧控制单元相连;所述双馈风电系统模型还包括:功率测 量模块，所述的功率测量模块包括功率测量端子Ml和功率测量端子M2，所述功率测量端子 Ml和功率测量端子M2分别连接有第一受控电流源和第二受控电流源，所述第一受控电流源 和第二受控电流源之间并接有电容元件c。
[0008] 所述第一受控电流源和第二受控电流源的电流大小由受控电压源模块的功率和 电容元件C两端的电压确定。
[0009] 本发明中，一种简化的双馈风电系统模型的建模方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤S1:将发电机的定子与外接电网系统的线路相连，并将发电机的转子通过受 控电压源模块与外接电网系统的线路相连；
[0011] 步骤S2:将受控电压源模块的控制端与控制模块相连，并通过控制模块，控制受控 电压源模块的电压输出；
[0012] 步骤S3:通过功率测量端子Ml和M2分别测量受控电压源模块与发电子的转子连接 处的功率以及受控电压源模块与外接电网系统的线路相连处的功率，并记为:P1和P2;
[0013]步骤S4:测量电容元件C两侦啲电压，并记为:udc;
[0014] 步骤S5:根据步骤S3和步骤S4,计算第一受控电流源和第二受控电流源的电流值。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
[0016] 1、本发明省去了原有双馈风电系统中的变流器开关器件和相应的PWM触发控制电 路，模型搭建的复杂程度大为降低，建模时间也大为缩短，且可保证系统稳态和暂态特性相 同，实用性极强。
[0017] 2、本发明在保持原有双馈风电系统特性基本不变的情况下，通过忽略PWM高频触 发控制的仿真运算，使得简化模型的仿真速度大大提高，大幅度减小仿真所需时间，提高仿 真效率;本发明极大的简化了原有双馈风电系统的模型结构，提高了仿真的速度，对实现大 规模的双馈风电系统建模仿真具有重要意义。
【附图说明】
[0018] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0019] 图1为现有双馈风电系统模型示意图；
[0020] 图2为本发明中的双馈风电系统模型示意图；
[0021 ]图3为本实施例中电网电压对称跌落至75 %时的电压波形图；
[0022]图4为本实施例中本发明模型与原有风电系统模型在并网电压对称跌落至75%时 的A相电流波形对比图；
[0023] 图中，1为发电机，2为受控电压源模块，3为控制模块，4为第一受控电压源组，5为 第二受控电压源组，6为转子侧控制单元，7为电网侧控制单元，8为第一受控电流源，9为第 二受控电流源。
【具体实施方式】
[0024] 如图1至图4所示，一种简化的双馈风电系统模型，包括发电机1、受控电压源模块2 和控制模块3,所述发电机1的定子与外接电网系统的线路相连，所述的发电机1的转子通过 受控电压源模块2与外接电网系统的线路相连，所述的控制模块3与受控电压源模块2的控 制端相连;所述受控电压源模块2包括第一受控电压源组4和第二受控电压源组5,所述第一 受控电压源组4和第二受控电压源组5均包括3个受控电压源;所述第一受控电压源组4中的 每个受控电压源的电压端分别与发电机1转子的三相电源相连，所述第一受控电压源组4中 的每个受控电压源的控制端分别与控制模块3的转子侧控制单元6相连;所述第二受控电压 源组5中的每个受控电压源的电压端分别与外接电网系统的线路的三相电源相连，所述第 二受控电压源组5中的每个受控电压源的控制端分别与控制模块3的电网侧控制单元7相 连;所述风电系统模型还包括:功率测量端子Ml和功率测量端子M2,所述功率测量端子Ml和 功率测量端子M2分别连接有第一受控电流源8和第二受控电流源9,所述第一受控电流源8 和第二受控电流源9之间并接有电容元件C。
[0025] 具体地，所述第一受控电流源8和第二受控电流源9的电流大小由受控电压源模块 2的功率和电容元件C两侧的电压确定。
[0026] 本发明中，一种简化的双馈风电系统建模方法，其特征在于:所述方法包括以下步 骤：
[0027] 步骤S1:将发电机1的定子与外接电网系统的线路相连，并将发电机1的转子通过 受控电压源模块2与外接电网系统的线路相连；
[0028] 步骤S2:将受控电压源模块2的控制端与控制模块3相连，并通过控制模块，控制受 控电压源模块2的电压输出；
[0029] 步骤S3:通过功率测量端子Ml和M2分别测量受控电压源模块2与发电机1的转子连 接处的功率以及受控电压源模块2与外接电网系统的线路相连处的功率，并记为:P1和P2;
[0030] 步骤S4:测量电容元件C两侧的电压，并记为:Udc;
[0031] 步骤S5:计算第一受控电流源8和第二受控电流源9的电流