一种推导双馈风机锁相环谐波小扰动传递函数的方法

1.本发明提出了一种利用谐波线性化推导双馈风机锁相环谐波小扰动传递函数的方法，属于风力发电技术领域。


背景技术：

2.随着新能源电源的大规模并网和多回高压直流输电工程的投运，我国电网正朝着高比例可再生能源和高比例电力电子设备的趋势快速发展，电网的运行特性日益复杂，而双馈风力发电经串补线路送出系统发生次同步振荡，破坏电力系统的安全稳定运行；因此，开展对无串补双馈风电场次同步振荡特性的研究，这对电网的安全稳定运行和风电的消纳都具有重要的现实意义。


技术实现要素：

3.为了开展对无串补双馈风电场次同步振荡特性的研究，本发明提出了一种利用谐波线性化推导双馈风机锁相环谐波小扰动传递函数的方法。
4.为实现上述问题，本发明提供如下技术方案：将双馈风机励磁变流器看作由网侧变流器和转子侧变换器并联组成，设电网电压对称且含有一个谐波小扰动，考虑锁相环动态特性，推导表明小扰动谐波在锁相环输出相位中造成的误差除了与小扰动谐波的幅值和初相位有关外，还与基波的幅值和初相位以及锁相环的传递函数有关。
5.双馈风机励磁变流器可看作由网侧变流器和转子侧变换器组成，两个变流器之间用直流电容相连；当网侧变流器和转子侧变换器的有功功率时平衡时，直流母线电压保持不变，可以认为网侧变流器和转子侧变换器解耦，因此可以将交流/直流/交流变流器从直流母线处拆成两部分，两部分是并联的关系，对于三相静止坐标系中角频率为ωh的电压a相分量进行傅里叶变换可以得到其在频域下的形式为将上式简写为时域中角频率为ωh的正弦信号在频域中对应+ωh和-ωh角频率处的两个冲击，和反映了冲击的相角。
6.设电网电压对称且含有一个谐波小扰动，则a相电网电压在频域中可以表示为式中：u
1m
、u
pm
为电网电压基波和小扰动谐波幅值，且u
pm
远远小于u
1m
；ω
p
为小扰动谐波的角频率，ω
p
》0时，该小扰动为正序，ω
p
《0时，该小扰动为负序；当电网电压中存在谐
波小扰动时，锁相环输出相位包括基波相位θ1和小扰动谐波相位θ
p
，因此锁相环输出相位可以表示为θ
p
是小扰动谐波引起的，为小扰动量，因此有考虑锁相环动态特性时，鉴相环节对并网点电压进行dq变换所用矩阵t(θ
pll
)为化简得由上式得用将电网电压变换到dq坐标，并表示在频域中并表示在频域中设锁相环输出相位中小扰动谐波相位与小扰动谐波电压之间的关系为θ
p
(ω)＝g
p
(s)u
p
,ω＝
±
(ω
p-ω1)(10)式中：g
p
(s)为谐波小扰动到由其引起的小扰动相位θ
p
之间的传递函数由于θ
p
(ω)*u
dv
(ω)＝u
1mgp
(s)u
p
,ω＝
±
(ω
p-ω1)(11)于是有由锁相环的控制结构可知θ
pll
(ω)＝uq(ω)h
pll
(s),ω＝
±
(ω
p-ω1)(13)联立式(7)、(11)和(12)得由上式可知，小扰动谐波在锁相环输出相位中造成的误差除了与小扰动谐波的幅值和初相位有关外，还与基波的幅值和初相位以及锁相环的传递函数有关。
7.记
于是有ω
p
》ω1时ω
p
《ω1时，有式(16)与式(17)表示的双馈风机锁相环谐波小扰动传递函数可以准确表达锁相环l输出相位与谐波小扰动之间的关系。
8.本发明具有以下的优点和有益效果：本发明推导的锁相环谐波小扰动传递函数可以准确表达锁相环输出相位与谐波小扰动之间的关系。
附图说明
9.图1为推导方法流程图。
10.图2为双馈风机等效电路图。
11.图3为锁相环原理图。
12.图4为-1000～1000hz整体图。
13.图5为-100～100hz细节图。
具体实施方式
14.双馈风机励磁变流器可看作由网侧变流器和转子侧变换器组成，两个变流器之间用直流电容相连；当网侧变流器和转子侧变换器的有功功率时平衡时，直流母线电压保持不变，可以认为网侧变流器和转子侧变换器解耦，因此可以将交流/直流/交流变流器从直流母线处拆成两部分，两部分是并联的关系，对于三相静止坐标系中角频率为ωh的电压a相分量进行傅里叶变换可以得到其在频域下的形式为将上式简写为时域中角频率为ωh的正弦信号在频域中对应+ωh和-ωh角频率处的两个冲击，和反映了冲击的相角。
15.设电网电压对称且含有一个谐波小扰动，则a相电网电压在频域中可以表示为式中：u
1m
、u
pm
为电网电压基波和小扰动谐波幅值，且u
pm
远远小于u
1m
；ω
p
为小扰动谐波的角频率，ω
p
》0时，该小扰动为正序，ω
p
《0时，该小扰动为负序；当电网电压中存在谐波小扰动时，锁相环输出相位包括基波相位θ1和小扰动谐波相位θ
p
，因此锁相环输出相位可
以表示为θ
p
是小扰动谐波引起的，为小扰动量，因此有考虑锁相环动态特性时，鉴相环节对并网点电压进行dq变换所用矩阵t(θ
pll
)为化简得由上式得用将电网电压变换到dq坐标，并表示在频域中并表示在频域中设锁相环输出相位中小扰动谐波相位与小扰动谐波电压之间的关系为θ
p
(ω)＝g
p
(s)u
p
,ω＝
±
(ω
p-ω1)式中：g
p
(s)为谐波小扰动到由其引起的小扰动相位θ
p
之间的传递函数由于θ
p
(ω)*u
dv
(ω)＝u
1mgp
(s)u
p
,ω＝
±
(ω
p-ω1)于是有由锁相环的控制结构可知θ
pll
(ω)＝uq(ω)h
pll
(s),ω＝
±
(ω
p-ω1)联立式(7)、(11)和(12)得由上式可知，小扰动谐波在锁相环输出相位中造成的误差除了与小扰动谐波的幅值和初相位有关外，还与基波的幅值和初相位以及锁相环的传递函数有关。
16.记
于是有ω
p
》ω1时ω
p
《ω1时，有式(16)与式(17)表示的双馈风机锁相环谐波小扰动传递函数可以准确表达锁相环l输出相位与谐波小扰动之间的关系。
17.在pscad/emtdc中搭建锁相环模型，模型的参数如下表所示在同一个bode图中画出g
p
(s)的理论曲线和仿真点，其中图5为图4中-100～100hz的细节放大。由图4和图5可知，本文推导的锁相环谐波小扰动传递函数可以准确表达锁相环输出相位与谐波小扰动之间的关系。