双馈式风电机组暂态模型低电压穿越参数辨识方法与流程

本发明涉及电力系统新能源发电设备建模及参数辨识领域。

背景技术：

1、新能源发电系统所固有的波动性和不确定性给电网的安全稳定运行带来了严峻挑战。在风力发电技术迅速发展、国内风电装机量显著上升的背景下，风电系统的仿真分析和相关技术手段发展相对滞后，传统的新能源发电机组通用暂态模型参数不能准确反映不同厂家、不同型号风机之间的差异，这就导致在电网规划运行中缺乏对风电机组的动态行为进行详细仿真验证。因此，随着新能源对于电力系统暂态稳定性的影响逐渐加深，现阶段的新能源建模精度无法满足新能源高比例电网的仿真要求。

2、针对风电机组的机电暂态建模，研究人员已有多种解决方案，例如：

3、1、褚温家发表的“基于参数辨识的双馈风电机组仿真建模研究”，2012，天津大学，该论文从双馈风机的数学模型出发，阐述了其基本构成和运行原理，并依托digsilent软件平台，搭建了双馈风机的仿真模型。该模型以风电场运行中的输入风速和输出功率采样数据为基础，对双馈风机的部分控制器参数进行辨识

4、2、凌禹发表的“改进的双馈风电机组故障穿越控制策略研究”太阳能学报，2022,43(12):312-319，该文章提出一种改进的矢量控制策略实现对双馈感应电机故障期间转子过电流的抑制，以提高双馈风电机组故障穿越能力。通过仿真评估，提出的改进矢量控制策略能有效抑制双馈感应电机故障期间的转子过电流，配合上直流侧卸荷电路，能确保直流母线电的压在允许范围之内。

5、3、张琛等发表的“面向电力系统暂态稳定分析的双馈风电机组动态模型”，中国电机工程学报,2016,36(20):5449-5460+5721，该文章中按多时间尺度模型简化原理，系统地推导双馈风电机组气动、机械及电气部分的简化模型，并着重探讨电网电压扰动强度与风电变流器“电流源-电压源-无源阻性”3种状态特性的关系，从而导出能直接用于暂态稳定分析的简化模型和crowbar投入、切出代数判据，在保证仿真效率的同时提高了模型暂态特性的精度。

6、综上，目前已有的研究多数是通过电磁仿真软件搭建双馈风电机组的各部分模型，从建模层面提升模型精度。然而，国内实际工程采用的psasp仿真软件直接提供了确定的风电机组模型，提升模型精度的关键在于其参数的获取。为此，亟需一种基于psasp软件提供的风电机组暂态模型且易于实现的双馈式风电机组暂态模型低电压穿越参数辨识方法。

技术实现思路

1、本发明目的是为了解决现有的双馈式风电机组机电暂态模型建模方法无法适用于实际工程采用仿真软件psasp、建立的风电机组暂态模型泛用性较差且参数辨识的实现过程较为复杂的问题，本发明提供了一种双馈式风电机组暂态模型低电压穿越参数辨识方法。

2、双馈式风电机组暂态模型低电压穿越参数辨识方法，该方法包括如下步骤：

3、s1、通过psasp软件建立双馈式风电机组暂态模型，并利用风电机组说明书获取的基本参数和所有测试工况下的正常运行状态、低电压穿越中运行状态下实测的响应数据对双馈式风电机组暂态模型进行参数配置；响应数据包括故障点线电压、故障点无功电流、故障点有功功率和故障点无功功率；

4、s2、根据低电压故障触发电路建立低电压穿越测试模型，调整低电压穿越测试模型中低电压穿越中状态下的各测试工况对应故障点线电压ufault_lvrt，使其各测试工况下故障点线电压ufault_lvrt与该测试工况下的实测的故障点线电压一致，并利用低电压穿越测试模型计算低电压穿越中状态下该测试工况下的故障点正序电压u1_lvrt；低电压穿越测试模型中风电机组依次经过升压变压器和两段集电线路接入电网，其中，故障点位于两段集电线路之间；

5、s3、根据所有未进入低电压穿越中运行状态所对应测试工况下的故障点正序电压u1_lvrt，得到低电压穿越状态判断参数vlin和vlout，并将vlin和vlout赋值给低电压穿越测试模型：其中，vlin为进入低电压穿越阈值，vlout为退出低电压穿越阈值；

6、s4、低电压穿越中运行状态参数拟合，得到双馈式风电机组暂态模型中各穿越中组合控制策略下的控制参数；通过低电压穿越测试模型，使风电机组在各穿越中组合控制策略下对所有测试工况所对应的低电压穿越中运行状态进行仿真测试，得到当前穿越中组合控制策略下所有测试工况所对应的低电压穿越中运行状态仿真响应数据；

7、s5、每组低压穿越中组合控制策略下的所有测试工况所对应的低电压穿越中运行状态仿真响应数据，分别与相应工况下的低电压穿越中运行状态实测的响应数据间计算响应误差，得到一组响应误差；从所有组的低压穿越控制中组合策略所对应的所有组响应误差中选取符合响应误差要求工况数量最多、且平均响应误差最小所在的组分，并将该组分下所对应的控制参数作为对双馈式风电机组暂态模型进行控制的控制参数；

8、s6、风电机组中发电机参数辨识：将风电机组中发电机的定子电感ls和转子电感lr作为待辨识的发电机参数，使定子电感ls和转子电感lr均在0.05至1.2的范围内同时以0.05的步长进行遍历，形成多组发电机参数；

9、通过低电压穿越测试模型，使风电机组在各组发电机参数下对所有测试工况所对应的低电压穿越中运行状态进行仿真测试，得到各组发电机参数下所有测试工况所对应的低电压穿越中运行状态仿真暂态尖峰数据；暂态尖峰数据包括故障发生时刻与故障结束时刻产生的故障点无功电流尖峰、故障点有功功率尖峰和故障点无功功率尖峰；

10、s7、每组发电机参数下的所有工况所对应的低电压穿越中运行状态仿真暂态尖峰数据，分别与相应工况下的低电压穿越中运行状态实测的暂态尖峰数据间计算暂态尖峰误差，得到一组暂态尖峰误差；从所有组暂态尖峰误差中选取符合暂态尖峰误差要求工况数量最多、且平均响应误差最小所在的组分，并将该组分下所对应的发电机参数作为双馈式风电机组暂态模型的发电机参数，完成参数识别。

11、作为优选，步骤s4中，低电压穿越中运行状态参数拟合，得到双馈式风电机组暂态模型中各穿越中组合控制策略下的控制参数的实现方式为：

12、利用风电机组在低电压穿越中运行状态下和正常运行状态下的所有测试工况的实测的响应数据，对双馈式风电机组暂态模型中低压穿越控制模块的低电压穿越中运行状态控制子模块的各穿越中组合控制策略进行参数拟合，得到各穿越中组合控制策略下的控制参数。

13、作为优选，步骤s1中利用风电机组说明书获取的基本参数和所有测试工况下的正常运行状态、低电压穿越中运行状态下实测的响应数据对双馈式风电机组暂态模型进行参数配置的实现方式为：

14、将从风电机组说明书获取的基本参数和根据所有测试工况下的正常运行状态、低电压穿越中运行状态下实测的响应数据计算得到的pmax、qmax、smax、pmin、qmin、smin、ipmax、iqmax、imax、ipmin、iqmin和imin填入双馈式风电机组暂态模型；

15、所述风电机组说明书获取的基本参数包括发电机额定功率、发电机额定转速、发电机转动惯量、额定风速、切入风速、切出风速、叶片半径、风力机额定转速；

16、其中，pmax、qmax、和smax分别为变流器的有功功率、无功功率和视在功率的最大值，pmin、qmin和smin分别为变流器的有功功率、无功功率和视在功率的的最小值，ipmax、iqmax和imax分别为变流器的有功电流、无功电流和总电流最大值，ipmin、iqmin和imin分别为变流器的有功电流、无功电流和总电流最小值。

17、作为优选，步骤s3中，根据所有未进入低电压穿越中运行状态所对应的测试工况下的故障点正序电压u1_lvrt，得到辨识低电压穿越状态判断参数vlin和vlout的实现方式包括：

18、根据低电压穿越期间各测试工况下实测的故障点无功功率，判断各测试工况下的风电机组的运行状态是否进入低电压穿越中运行状态，并从所有未进入低电压穿越中运行状态所对应的测试工况下的故障点正序电压u1_lvrt中找到正序电压最小值u1_lvrt_min；根据正序电压最小值u1_lvrt_min，估算风电机组的低电压穿越状态判断参数vlin和vlout。

19、作为优选，步骤s3中vlin＝vlout＝u1_lvrt_min-0.03p.u.。

20、作为优选，步骤s1中，将故障点线电压跌落为90％、75％、50％、35％和20％中的一种、风速为大风和小风中的一种、故障类型为三相故障和两相故障中的一种所构成的组合作为一种测试工况，共形成5×2×2＝20种测试工况；

21、其中，风电机组出力为0.9p.u.～1.0p.u.下的风速被称为大风，风电机组出力为0.1p.u.～0.3p.u.下的风速被称为小风。

22、作为优选，双馈式风电机组暂态模型中低压穿越控制模块中的低电压穿越中运行状态控制子模块内的单独控制策略包括：

23、(1)、风电机组有功电流控制方式，其包括：①有功电流无附加控制、②指定有功功率控制、③指定有功电流控制、④按进穿越前有功电流控制；

24、(2)、风电机组无功电流控制方式，其包括：①无功电流无附加控制、②指定无功功率控制、③指定无功电流控制；

25、采用低电压穿越中运行状态所对风电机组有功电流控制方式中的一种控制方式和低电压穿越中运行状态所对应风电机组无功电流控制方式中的一种控制方式构成一种穿越中组合控制策略。

26、作为优选，步骤s4中，参数拟合均采用最小二乘法的曲线拟合技术实现。

27、本发明的有益效果在于：

28、针对双馈式风电机组，本发明基于实际工程上常用的电力系统分析综合程序，即：psasp软件所提供风电机组暂态模型，提出了利用实际风电机组基本参数与低电压穿越测试报告中所有测试工况下的正常运行状态、低电压穿越中运行状态下实测的响应数据进行双馈式风电机组暂态模型低电压穿越参数辨识的方法，本发明可以简单有效地建立风电机组的精细化、实用化暂态模型，并对其进行参数辨识过程简单，使其低电压响应数据与实测的响应数据的响应误差满足相关建模标准即可，且风电机组暂态模型泛用性强，可适用于各型号的风电机组。本发明参数辨识方法所辨识的参数包括双馈式风电机组暂态模型的控制参数和发电机参数。