一种双馈风电机组电磁暂态仿真方法和装置与流程

本发明涉及电磁仿真技术领域，具体涉及一种双馈风电机组电磁暂态仿真方法和装置。

背景技术：

为了对大型风电场进行仿真，需要建立相应的仿真模型。但是，风力发电系统的结构复杂，仿真模型的精细程度将直接决定仿真结果的精度。目前风电场建模仿真一般为1:1的详细值模型，目前单台风电机组的功率一般为1.5mw、2mw或3mw，如果按风电机组的实际功率建模，若需要搭建一个100mw的仿真模型，则需要用五六十台风电机组的单机模型，若要搭建几千mw的仿真模型，就要用几千台风电机组的单机模型，超出了现有计算机内存、仿真软件内存的能力，现有的仿真平台无法实现。由于实际运行的风电场中具有成百上千台风电机组，要对整个风电场进行仿真，单机模型无法满足要求，目前一般的方法是在35kv并网点进行电流的倍乘，但是这种方法如果倍乘数量超出一定数值，电压电流就会出现振荡，振荡严重就会跳机，实现不了大规模风电机组的仿真，若要消除振荡，就需要增加滤波器，但又会影响风电机组本申的特性，导致风电增机组的仿真过程占用资源巨大，且仿真精度低。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中无法实现大规模仿真、仿真过程占用资源巨大以及仿真精度低的不足，本发明提供一种双馈风电机组电磁暂态仿真方法和装置，获取被仿真双馈风电机组的运行参数和单机模型的仿真参数；基于所述运行参数和单机模型的仿真参数构建功率放大模型；基于所述功率放大模型对双馈风电机组进行电磁暂态仿真；所述仿真参数包括主电路参数和控制参数，本发明能够实现双馈风电机组的大规模仿真，仿真过程占用资源小，且仿真精度高。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种双馈风电机组的电磁暂态仿真方法，包括：

获取被仿真双馈风电机组的运行参数和单机模型的仿真参数；

基于所述运行参数和单机模型的仿真参数构建功率放大模型；

基于所述功率放大模型对双馈风电机组进行电磁暂态仿真；

所述仿真参数包括主电路参数和控制参数。

所述功率放大模型的构建，包括：

基于被仿真双馈风电机组的台数确定功率放大模型对所述单机模型的倍数n；

对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数；

其中，对所述单机模型的参数进行调整包括：将所述单机模型的参数扩大n倍、缩小n倍或保持不变。

所述主电路参数包括双馈电机参数、机侧变流器滤波参数、直流母线电容参数和网侧变流器滤波参数；

所述双馈电机参数包括定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感以及额定容量；

所述机侧变流器滤波参数和网侧变流器滤波参数包括滤波电容、滤波电感和滤波电阻；

所述控制参数包括机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数；

所述电流环控制参数包括电流环比例系数和电流环积分系数。

所述对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数，包括：

当所述仿真参数为定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感时：将所述单机模型的定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感缩小n倍；

当所述仿真参数为额定容量时：将所述单机模型的额定容量扩大n倍。

所述对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数，包括：

当所述仿真参数为直流母线电容参数时：将所述单机模型的直流母线电容参数扩大n倍。

所述对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数，包括：

当所述仿真参数为滤波电容时：将所述单机模型的滤波电容扩大n倍；

当所述仿真参数为滤波电阻和滤波电感时，将所述单机模型的滤波电阻和滤波电感缩小n倍。

所述对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数，包括：

当所述仿真参数为机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数时：将所述单机模型的机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数缩小n倍。

另一方面，本发明还提供一种双馈风电机组的电磁暂态仿真装置，包括：

获取模块，用于获取被仿真双馈风电机组的运行参数和单机模型的仿真参数；

建模模块，用于基于所述运行参数和单机模型的仿真参数构建功率放大模型；

仿真模块，用于基于所述功率放大模型对双馈风电机组进行电磁暂态仿真；

所述仿真参数包括主电路参数和控制参数。

所述建模模块包括：

确定单元，用于基于被仿真双馈风电机组的台数确定功率放大模型对所述单机模型的倍数n；

调整单元，用于对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数；

其中，对所述单机模型的参数进行调整包括：将所述单机模型的参数扩大n倍、缩小n倍或保持不变。

所述主电路参数包括双馈电机参数、机侧变流器滤波参数、直流母线电容参数和网侧变流器滤波参数；

所述双馈电机参数包括定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感以及额定容量；

所述机侧变流器滤波参数和网侧变流器滤波参数包括滤波电容、滤波电感和滤波电阻；

所述控制参数包括机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数；

所述电流环控制参数包括电流环比例系数和电流环积分系数。

所述调整单元具体用于：

当所述仿真参数为定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感时：将所述单机模型的定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感缩小n倍；

当所述仿真参数为额定容量时：将所述单机模型的额定容量扩大n倍。

所述调整单元具体用于：

当所述仿真参数为直流母线电容参数时：将所述单机模型的直流母线电容参数扩大n倍。

所述调整单元具体用于：

当所述仿真参数为滤波电容时：将所述单机模型的滤波电容扩大n倍；

当所述仿真参数为滤波电阻和滤波电感时，将所述单机模型的滤波电阻和滤波电感缩小n倍。

所述调整单元具体用于：

当所述仿真参数为机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数时：将所述单机模型的机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数缩小n倍。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的双馈风电机组电磁暂态仿真方法中，获取被仿真双馈风电机组的运行参数和单机模型的仿真参数；基于所述运行参数和单机模型的仿真参数构建功率放大模型；基于所述功率放大模型对双馈风电机组进行电磁暂态仿真；所述仿真参数包括主电路参数和控制参数，本发明能够实现双馈风电机组的大规模仿真，仿真过程占用资源小，且仿真精度高；

本发明中建立的功率放大模型的稳态及暂态有功、无功特性与单机模型的稳态及暂态有功、无功特性一致，通过功率放大模型可以将单台双馈风电机组的功率放大n倍，用为数不多的功率放大模型就可以搭建几千mw甚至更大规模的风电场仿真模型，满足大规模风电场暂态分析试验的要求。

附图说明

图1是本发明实施例中双馈风电机组的电磁暂态仿真方法流程图；

图2是本发明实施例中单机模型结构图；

图3是本发明实施例中功率放大模型的网侧变流控制器示意图；

图4是本发明实施例中功率放大模型的机侧变流控制器示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供了一种双馈风电机组的电磁暂态仿真方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：

s101：获取被仿真双馈风电机组的运行参数和单机模型的仿真参数；

s102：基于所述运行参数和单机模型的仿真参数构建功率放大模型；

s103：基于所述功率放大模型对双馈风电机组进行电磁暂态仿真；

仿真参数包括主电路参数和控制参数。

上述功率放大模型的构建，具体过程为：

基于被仿真双馈风电机组的台数确定功率放大模型对所述单机模型的倍数n；

对单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数；

其中，对单机模型的参数进行调整包括：将单机模型的参数扩大n倍、缩小n倍或保持不变。

上述单机模型的结构图如图2所示，ac为交流电源，t为变压器，wccontroller为网侧变流控制器，jccontroller为机侧变流控制器，lwcl、rwcl、cwcl分别为网侧变流器的滤波电感、滤波电阻和滤波电感，ljcl、rjcl、cjcl分别为机侧变流器的滤波电感、滤波电阻和滤波电感，cdc为直流母线电容，m为双馈风电机组。

主电路参数包括双馈电机参数、机侧变流器滤波参数、直流母线电容参数和网侧变流器滤波参数；

双馈电机参数包括定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感以及额定容量；

机侧变流器滤波参数和网侧变流器滤波参数包括滤波电容、滤波电感和滤波电阻；

控制参数包括机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数；

电流环控制参数包括电流环比例系数和电流环积分系数。

对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数，包括：

当所述仿真参数为定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感时：将所述单机模型的定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感缩小n倍；

当所述仿真参数为额定容量时：将所述单机模型的额定容量扩大n倍。

对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数，包括：

当所述仿真参数为直流母线电容参数时：将所述单机模型的直流母线电容参数扩大n倍。

对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数，包括：

当所述仿真参数为滤波电容时：将所述单机模型的滤波电容扩大n倍；

当所述仿真参数为滤波电阻和滤波电感时，将所述单机模型的滤波电阻和滤波电感缩小n倍。

对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数，包括：

当所述仿真参数为机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数时：将所述单机模型的机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数缩小n倍，如图3所示，ud′c为功率放大模型的直流母线电压，ug′abc为功率放大模型电网电压，u′wabc为功率放大模型网侧变流器电压，i′wabc为功率放大模型网侧变流器电流，k′wip为功率放大模型网侧变流控制器电流环比例系数，k′wii为功率放大模型网侧变流控制器电流环积分系数，kwip为单机模型网侧变流控制器电流环比例系数，kwii为单机模型网侧变流控制器电流环积分系数，n为功率放大倍数；同时还将功率放大模型的机侧变流控制器各自的电流环比例系数和电流环积分系数设置为单机模型的机侧变流控制器电流环比例系数和电流环积分系数的1/n，如图4所示，ur′abc为功率放大模型机侧控制器的转子电压，us′abc为功率放大模型机侧控制器的定子电压，ir′abc为功率放大模型机侧控制器的转子电流，is′abc为功率放大模型机侧控制器的定子电流，kj′ip为功率放大模型机侧变流控制器电流环比例系数，kj′ii为功率放大模型机侧变流控制器电流环积分系数，kjip为单机模型机侧变流控制器电流环比例系数，kjii为单机模型机侧变流控制器电流环积分系数。

实施例2

基于同一发明构思，本发明实施例2还提供一种双馈风电机组的电磁暂态仿真装置，包括获取模块、建模模块和仿真模块，下面对上述几个模块的功能进行详细说明：

获取模块，用于获取被仿真双馈风电机组的运行参数和单机模型的仿真参数；

建模模块，用于基于所述运行参数和单机模型的仿真参数构建功率放大模型；

仿真模块，用于基于功率放大模型对双馈风电机组进行电磁暂态仿真；

所述仿真参数包括主电路参数和控制参数。

上述建模模块包括：

确定单元，用于基于被仿真双馈风电机组的台数确定功率放大模型对所述单机模型的倍数n；

调整单元，用于对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数；

其中，对所述单机模型的参数进行调整包括：将所述单机模型的参数扩大n倍、缩小n倍或保持不变。

主电路参数包括双馈电机参数、机侧变流器滤波参数、直流母线电容参数和网侧变流器滤波参数；

双馈电机参数包括定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感以及额定容量；

机侧变流器滤波参数和网侧变流器滤波参数包括滤波电容、滤波电感和滤波电阻；

控制参数包括机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数；

电流环控制参数包括电流环比例系数和电流环积分系数。

调整单元对所述单机模型的参数进行调整得到功率放大模型参数，具体过程如下：

当所述仿真参数为定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感时：将所述单机模型的定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、定子和转子间的互感缩小n倍；

当所述仿真参数为额定容量时：将所述单机模型的额定容量扩大n倍；

当所述仿真参数为直流母线电容参数时：将所述单机模型的直流母线电容参数扩大n倍；

当所述仿真参数为滤波电容时：将所述单机模型的滤波电容扩大n倍；

当所述仿真参数为滤波电阻和滤波电感时，将所述单机模型的滤波电阻和滤波电感缩小n倍。

当所述仿真参数为机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数时：将所述单机模型的机侧变流控制器的电流环控制参数和网侧变流控制器的电流环控制参数缩小n倍。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。