一种锁相型直驱风电机组的频率响应特性降阶建模方法与流程

本技术涉及电力系统，特别是涉及一种锁相型直驱风电机组的频率响应特性降阶建模方法。

背景技术：

1、风电机组并网导则与标准均要求风电机组应当具有与同步机组类似的频率响应能力，这样在系统频率发生波动时，风电机组能够通过控制策略缓冲系统的不平衡功率。目前，锁相型直驱风电机组是风电场的主流机型，因此对锁相型直驱风电机组的频率响应特性建立模型进行系统分析具有重要的工程意义。

2、但是，目前对直驱风电机组的频率响应的建模方法建立的模型精度不够高。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供精度更高的一种锁相型直驱风电机组的频率响应特性降阶建模方法。

2、第一方面，本技术提供了一种风电机组建模方法。该方法包括：获取风电机组的控制参数和稳态数据；根据控制参数和稳态数据建立风电机组的功率控制环动态模型、机械主轴动态模型、锁相环动态模型、永磁同步电机动态模型、直流电容动态模型、机侧变流器控制动态模型、网侧变流器控制动态模型以及网侧交流电路动态模型，并联立得到风电机组的频率响应模型；根据奇异摄动降阶法对频率响应模型进行降阶处理，得到风电机组的降阶频率响应模型。

3、在其中一个实施例中，功率控制环动态模型是根据最大功率跟踪功率、频率响应功率、风电机组转轴转速、锁相环输出频率、锁相环中间积分量、机侧变流器参考功率以及机侧q轴电流参考值建立的。

4、在其中一个实施例中，机械主轴动态模型是根据风电机组转轴转速、风轮捕获功率、pmsg电磁功率、整机输出有功功率、整机参考有功功率、频率响应功率、桨距角、机组额定功率有名值、额定机械转速有名值以及平均风速建立的。

5、在其中一个实施例中，锁相环动态模型是根据机端电压幅值初始值，锁相环输出频率以及风电机组并网点电网频率建立的。

6、在其中一个实施例中，永磁同步电机动态模型是根据转子电流d轴分量、转子电流q轴分量、发电机机端电压q轴分量、发电机机端电压d轴分量、额定机械转速有名值、转子等效电阻、转子d轴电感以及转子q轴电感建立的。

7、在其中一个实施例中，直流电容动态模型是根据电容电压值、直流电压变化率初值、直流电容标幺值、网侧变流器与电容间的功率、机侧变流器与电容间的功率、网侧交流电流d轴分量、网侧交流电流q轴分量、网侧变流器交流侧端口电压d轴分量、网侧交流器变流侧端口电压q轴分量、转子电流d轴分量、转子电流q轴分量、发电机机端电压q轴分量以及发电机机端电压d轴分量建立的。

8、在其中一个实施例中，机侧变流器控制动态模型是根据转子电流d轴分量、转子电流q轴分量、发电机机端电压q轴分量、发电机机端电压d轴分量、转子d轴电感、转子q轴电感以及风电机组转轴转速建立的。

9、在其中一个实施例中，网侧变流器控制动态模型是根据电容电压值、网侧变流器交流侧端口电压d轴分量、网侧交流电流d轴分量、机端电压在锁相坐标下的d轴分量、网侧滤波电感、网侧变流器交流侧端口电压q轴分量、网侧交流电流q轴分量以及机端电压在锁相坐标下的q轴分量建立的。

10、在其中一个实施例中，网侧交流电路动态模型是根据电网电压额定电角速度有名值、滤波电阻、网侧滤波电感、网侧变流器交流侧端口电压d轴分量、网侧交流电流d轴分量、机端电压在锁相坐标下的d轴分量、风电机组并网点电网频率、网侧变流器交流侧端口电压q轴分量、网侧交流电流q轴分量以及机端电压在锁相坐标下的q轴分量建立的。

11、在其中一个实施例中，根据奇异摄动降阶法对频率响应模型进行降阶处理，得到风电机组的降阶频率响应模型，包括：确定频率响应模型中的可降阶状态变量；根据可降阶状态变量对频率响应模型进行降阶处理，得到降阶频率响应模型。

12、在其中一个实施例中，确定频率响应模型中的可降阶状态变量，包括：根据频率响应模型中的矩阵计算特征值；计算各特征值的动态时间尺度；将动态时间尺度小于第一预设阈值的特征值相关的状态变量确定为可降阶状态变量。

13、在其中一个实施例中，特征值相关的状态变量的确定过程，包括：根据频率响应模型中的矩阵计算参与因子矩阵，参与因子矩阵用于表征频率响应模型中的各状态变量在各特征值中的参与程度；根据参与因子矩阵确定各特征值相关的状态变量。

14、第二方面，本技术还提供了一种风电机组建模装置。该装置包括：

15、获取模块，用于获取风电机组的控制参数和稳态数据；

16、建立模块，用于根据控制参数和稳态数据建立风电机组的功率控制环动态模型、机械主轴动态模型、锁相环动态模型、永磁同步电机动态模型、直流电容动态模型、机侧变流器控制动态模型、网侧变流器控制动态模型以及网侧交流电路动态模型，并联立得到风电机组的频率响应模型；

17、降阶模块，用于根据奇异摄动降阶法对频率响应模型进行降阶处理，得到风电机组的降阶频率响应模型。

18、在其中一个实施例中，功率控制环动态模型是根据最大功率跟踪功率、频率响应功率、风电机组转轴转速、锁相环输出频率、锁相环中间积分量、机侧变流器参考功率以及机侧q轴电流参考值建立的。

19、在其中一个实施例中，机械主轴动态模型是根据风电机组转轴转速、风轮捕获功率、pmsg电磁功率、整机输出有功功率、整机参考有功功率、频率响应功率、桨距角、机组额定功率有名值、额定机械转速有名值以及平均风速建立的。

20、在其中一个实施例中，锁相环动态模型是根据机端电压幅值初始值，锁相环输出频率以及风电机组并网点电网频率建立的。

21、在其中一个实施例中，永磁同步电机动态模型是根据转子电流d轴分量、转子电流q轴分量、发电机机端电压q轴分量、发电机机端电压d轴分量、额定机械转速有名值、转子等效电阻、转子d轴电感以及转子q轴电感建立的。

22、在其中一个实施例中，直流电容动态模型是根据电容电压值、直流电压变化率初值、直流电容标幺值、网侧变流器与电容间的功率、机侧变流器与电容间的功率、网侧交流电流d轴分量、网侧交流电流q轴分量、网侧变流器交流侧端口电压d轴分量、网侧交流器变流侧端口电压q轴分量、转子电流d轴分量、转子电流q轴分量、发电机机端电压q轴分量以及发电机机端电压d轴分量建立的。

23、在其中一个实施例中，机侧变流器控制动态模型是根据转子电流d轴分量、转子电流q轴分量、发电机机端电压q轴分量、发电机机端电压d轴分量、转子d轴电感、转子q轴电感以及风电机组转轴转速建立的。

24、在其中一个实施例中，网侧变流器控制动态模型是根据电容电压值、网侧变流器交流侧端口电压d轴分量、网侧交流电流d轴分量、机端电压在锁相坐标下的d轴分量、网侧滤波电感、网侧变流器交流侧端口电压q轴分量、网侧交流电流q轴分量以及机端电压在锁相坐标下的q轴分量建立的。

25、在其中一个实施例中，网侧交流电路动态模型是根据电网电压额定电角速度有名值、滤波电阻、网侧滤波电感、网侧变流器交流侧端口电压d轴分量、网侧交流电流d轴分量、机端电压在锁相坐标下的d轴分量、风电机组并网点电网频率、网侧变流器交流侧端口电压q轴分量、网侧交流电流q轴分量以及机端电压在锁相坐标下的q轴分量建立的。

26、在其中一个实施例中，降阶模块，具体用于确定频率响应模型中的可降阶状态变量；根据可降阶状态变量对频率响应模型进行降阶处理，得到降阶频率响应模型。

27、在其中一个实施例中，降阶模块，具体用于根据频率响应模型中的矩阵计算特征值；计算各特征值的动态时间尺度；将动态时间尺度小于第一预设阈值的特征值相关的状态变量确定为可降阶状态变量。

28、在其中一个实施例中，该装置还包括确定模块，确定模块用于根据频率响应模型中的矩阵计算参与因子矩阵，参与因子矩阵用于表征频率响应模型中的各状态变量在各特征值中的参与程度；根据参与因子矩阵确定各特征值相关的状态变量。

29、第三方面，本技术还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面任一所述的风电机组建模方法。

30、第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面任一所述的风电机组建模方法。

31、第五方面，本技术还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面任一所述的风电机组建模方法。

32、上述一种锁相型直驱风电机组的频率响应特性降阶建模方法，首先，获取风电机组的控制参数和稳态数据，然后，根据控制参数和稳态数据建立风电机组的功率控制环动态模型、机械主轴动态模型、锁相环动态模型、永磁同步电机动态模型、直流电容动态模型、机侧变流器控制动态模型、网侧变流器控制动态模型以及网侧交流电路动态模型，并联立得到风电机组的频率响应模型最后，根据奇异摄动降阶法对频率响应模型进行降阶处理，得到风电机组的降阶频率响应模型。通过这种方式，在对锁相型直驱风电机组建模的过程中综合考虑直驱风电机组多个环节的动态特性，然后通过降阶处理得到风电机组的降阶频率响应模型，模型精度更高。

33、进一步的，通过对模型进行降阶处理得到风电机组的降阶频率响应模型，能够降低模型的计算复杂度同时减少计算时间。