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专利号: 202010026024X
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种附加阻尼控制的双馈风机并网次超同步振荡抑制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立双馈风机感应电机小信号模型:

式中:uds、uqs、udr、uqr分别代表定子和转子dq轴电压;ids、iqs、idr、iqr分别代表定子和转子dq轴电流;ψds、ψqs、ψdr、ψqr分别代表定子和转子dq轴磁链;rs、rr代表定子和转子电阻;Lsm为定子自感;LM为定子和转子之间的互感;Lrm为转子自感;ωs、ωr为电网同步转速和风机转子转速;

得到双馈风机感应电机小信号模型:

式中:s表示微分算子,角形上标代表小信号分量,上标s表示为主电路变量;

和 分别代表主电路变量中定子和转子dq轴电压的小信号分量; 和 分别代表主电路变量中定子和转子dq轴电流的小信号分量;GA代表从定子dq轴电流到定子dq轴电压的传递函数;GB代表从转子dq轴电流到定子dq轴电压的传递函数;GC代表从定子dq轴电流到转子dq轴电压的传递函数;GD代表从转子dq轴电流到转子dq轴电压的传递函数;ωslip为电网同步转速与风机转子转速之差;

步骤2:建立双馈风机转子侧变换器附加阻尼控制小信号模型:式中:Rr、Lr分别为转子侧变换器交流电阻与电感; 为主电路变量中转子侧变换器占空比在dq坐标系下的小信号分量;Udc为直流环节电压;

根据上式得出主电路变量中转子电压小信号分量 到占空比信号 的传递函数GE,以及主电路变量中转子电流小信号分量 到占空比信号 的传递函数GF:建立转子侧变换器控制环节小信号传递函数模型:

电流内环:

式中:kirp、kirI分别表示电流内环比例与积分参数;上标c表示控制环节变量;

分别表示转子电压和电流在dq轴的参考值小信号分量;ωc、z分别表示二阶低阻滤波器的截止频率以及阻尼系数;GirPI表示转子侧电流内环传递函数矩阵;Gz表示附加阻尼器传递函数矩阵; 表示定子电流在控制环节的小信号分量;

功率外环:

式中:kQrp、kQrI分别表示无功功率外环比例积分参数;kPrp、kPrI分别表示有功功率外环比例积分参数; 分别表示风机输出无功功率和有功功率的小信号分量;转子侧控制采用定子磁场定向的坐标定向方式,此时有功无功可实现解耦,其解耦后结果如下所示:式中:Us为双馈风机定子电压稳态值;Q、P分别表示风机输出无功功率和有功功率;

将解耦后的功率表达式带入功率外环小信号表达式,得到式中:Gr表示从控制环节转子电流小信号到转子电流参考值小信号分量的传递函数矩阵; 表示控制环节变量中转子电流小信号分量;

锁相环小信号传递函数:

式中: 表示控制环节变量中转子电流在dq轴的小信号分量;Krpllp、KrpllI为转子侧锁相环的比例积分参数,Edr为转子电压在d轴下的稳态值;Isdr、Isqr为转子电流在dq轴下的稳态值;n为风机的磁极对数;J为风机的转动惯量;Gplli、Gpll1分别表示从主电路转子电流小信号分量和定子电压小信号分量到控制环节转子电流小信号分量的传递函数矩阵;

式中: 分别为控制变量中转子侧变换器占空比在dq坐标系下的小信号分量;

表示控制变量中转子侧变换器占空比的小信号分量;Gpll2和Gpll3分别表示从主电路转子电流小信号分量和定子电压小信号分量到控制环节转子侧变换器占空比小信号分量的传递函数矩阵;Dcrd、Dcrq分别表示转子侧变换器占空比在dq轴下的稳态值;

式中:Esds、Esqs为定子电压在dq轴下的稳态值;Gpllu表示从主电路定子电压小信号分量到控制环节定子电压小信号分量的传递函数矩阵;

步骤3:建立双馈风机网侧变换器小信号模型:

式中: 分别表示网侧变换器交流侧电压、电流在dq轴的小信号分量; 表示网侧变换器直流侧电压的小信号分量; 表示网侧变换器控制环节占空比在dq轴下的小信号分量;GN、GM、GP、GL分别表示小信号 到 的传递函数;GJ、GH、GO、GK分别表示小信号 到 的传递函数;

网侧变换器控制环节小信号模型:

式中:GipI表示网侧变换器电流内环的的PI参数矩阵;Goi表示电流内环耦合项参数矩阵;Guce为单位矩阵;Gu表示电压外环PI参数矩阵; 表示网侧变换器交流侧电压参考值在dq轴的小信号分量; 表示网侧变换器交流侧电流参考值在dq轴的小信号分量;

锁相环小信号模型:

式中:Ggpll为网侧变换器锁相环传递函数;Egd、Egq为网侧变换器交流侧电压在dq轴下的稳态值;Dd、Dq为网侧变换器占空比在dq轴下的稳态值;Igd、Igq为网侧变换器交流侧电流在dq轴下的稳态值; 分别表示网侧变换器交流侧电压在d轴、q轴下的小信号分量;

分别表示网侧变换器交流侧电流在d轴、q轴下的小信号分量; 分别表示主电路变量中网侧变换器控制环节占空比在d轴、q轴下的小信号分量; 分别表示控制环节变量中网侧变换器控制环节占空比在d轴、q轴下的小信号分量;E22、H22、F22分别表示小信号到 的传递函数矩阵;

步骤4:根据双馈风机小信号模型,得出风机小信号阻抗模型:利用转子侧变换器小信号模型,求出 与 的关系:

式中:GPWM表示系统时延的传递函数矩阵;

联立求出 与 的关系表达式:

将 与 的关系表达式带入网侧变换器数学表达式,得出双馈风机的dq轴小信号阻抗表达式:

式中:Zgdq为双馈风机dq轴等效阻抗;I表示二阶单位矩阵;

步骤5:建立电网阻抗模型:

式中:Zudq为电网dq轴等效阻抗;Rg为电网等效电阻;Lg为电网等效电感;Cg为串补输电线路串补电容;

步骤6:绘制奈奎斯特图:

根据系统开环传递函数: 绘制奈奎斯特曲线,利用广义奈奎斯特稳定判据:当开环传递函数的奈区斯特曲线图逆时针包围(-1,0*j)的圈数为零时;系统稳定,当逆时针包围(-1,0*j)的圈数不为零时,系统不稳定。