CN109217375B - 一种基于adpss风力发电站的暂态等值电势辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于ADPSS风力发电站的暂态等值电势辨识方法，流程包括：建立风电并网系统；确定风电系统SVPWM触发角度；计算网侧变换器的输出网侧电压；判断当前风力系数变化率P_b是否超过设定风力系数的变化阀值；计算风力发电站暂态电势；在ADPSS软件中建立仿真模型，验证本发明的有效性；本发明采用虚拟磁链技术的风力发电站可以省去电网侧的电压传感器，采用SVPWM技术将正弦波等效为一系列等时间间隔的脉冲信号，控制转子侧变换器的导通，用频率占空比的方式控制网侧变换器的导通，输出接近正弦的网侧交流电压，具有良好的动、静态特性，此方法为风力发电站暂态等值电势在线辨识提供了依据。

Description

一种基于ADPSS风力发电站的暂态等值电势辨识方法

技术领域

本发明属于电网技术领域，具体涉及一种基于ADPSS风力发电站的暂态等值电势辨识方法。

背景技术

随着风力发电场并网规模的不断扩大，势必造成电力系统的静态和动态稳定性降低，对风力发电系统并网带来严重的影响。由于风力发电场很容易受到风、湿度等环境的因素影响，网侧变换器输出的电势会与电网之间产生复杂交互影响。为了更透侧的了解和利用风力发电技术，需要对风力发电站进行在线监测，计算风力发电站的等值电势，提高电力系统的稳定运行。

目前风力发电系统的结构比较复杂，需采用电压、电流、转速等传感器。大量的传感器不但增加了系统的成本和复杂性，而且个别器件的性能下降或失效降低整个系统的可靠性，针对电压、电流的无传感器技术研究鲜见报道。风力发电系统机电暂态模型大多数进行了不同程度的简化，不能很好的反应风机特性。电磁暂态模型仅限于小规模仿真，不能应用于仿真大规模实际电力系统。所以我们发明可以很好地解决现有技术存在的不足或者缺陷。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提出一种基于ADPSS风力发电站的暂态等值电势辨识方法，电网对风力发电站并网要求比较高，因此采用虚拟磁链技术的风力发电站可以省去电网侧的电压传感器，采用SVPWM技术将正弦波等效为一系列等时间间隔的脉冲信号，控制转子侧变换器导通，用占空比的方式控制网侧变换器的导通，输出接近正弦的网侧交流电压，具有良好的动、静态特性。此方法为风力发电站暂态等值电势在线辨识提供了依据。

一种基于ADPSS风力发电站的暂态等值电势辨识方法，包括以下步骤：

步骤1：建立风电并网系统，包括风力发电机、转子侧变换器、网侧变换器和电网；风力发电机的直流输出端与转子侧变换器相连接，转子侧变换器与网侧变换器相连接，网侧变换器与电网相连接；采用电网虚拟磁链分析技术计算得网侧电压U_out，转子侧变换器采用SVPWM控制方法；

步骤2：获取风力发电机输出电压U_p，风电并网系统的转子侧变换器电压值U_s与相应的开关函数S_a、S_b、S_c的数学表达式，确定风电系统SVPWM触发角度θ；

所述风电并网系统的转子侧变换器的电压值与相应的开关函数S_a、S_b、S_c的数学表达式，如下所示：

SVPWM定义为一个开关函数S_x，当转子侧变换器的上桥臂导通时，开关函数S_x＝1，否则，开关函数S_x＝0，S_a、S_b、S_c分别代表不同的空间电压矢量，在传统两电平的逆变控制系统中，S_a、S_b、S_c分为2个零矢量和6个非零矢量，其中，2个零矢量为：U₀(000)、U₇(111)，6个非零矢量为：U₁(100)、U₂(110)、U₃(010)、U₄(011)、U₅(001)、U₆(101)；2个零矢量在原点，空间电压矢量U_s在任一时刻都会位于某一扇区，因此，U_s由复平面包围的某扇区的两条非零矢量U_x、U_y组成，无论相位角θ如何变化，U_s均用两条非零矢量进行表示；在SVPWM开关周期T_s内，设U_s的工作时间为T_s，U_x的工作时间为T_x，U_y的工作时间为T_y，此时T_x+T_y＝T_s，U_s表达式为U_sT_s＝U_xT_x+U_yT_y，U_p＝U_x＝U_y即：

式中，n为自然数；

且：

式中，m为SVPWM的调制系数，风电系统SVPWM触发角度θ，T_s为定值，不随时间而改变，ω为角速度，t为时间变量；

当U_s位于第一扇区时，T_x为T₁，T_y为T₂，此时可得：

当U_s位于第二扇区时，T_x为T₂，T_y为T₃，可得：

当U_s位于第三扇区时，T_x为T₃，T_y为T₄，可得：

当U_s位于第四扇区时，T_x为T₄，T_y为T₅，可得：

当U_s位于第五扇区时，T_x为T₅，T_y为T₆，可得：

当U_s位于第六扇区时，T_x为T₆，T_y为T₁，可得：

步骤3：根据不同导通时刻T_x和T_y，确定转子侧变换器的输出电压U_d0的计算公式如下所示：

步骤4：根据网侧变换器的占空比β和转子侧变换器的输出电压U_d0，计算网侧变换器的输出网侧电压U_uv的计算公式如下所示：

风力发电站网侧变换器输出电势有效值U_UV计算公式如下所示：

步骤5：判断当前风力系数变化率P_b是否超过设定风力系数的变化阀值P_s，若是，则设定风力变化系数L＝1，否则设定风力变化系数L＝0；

步骤6：根据网侧变换器的输出电势有效值U_UV基于电网虚拟磁链定向得到的网侧电压U_out以及风力变化系数L，计算风力发电站暂态电势U；

风力发电站暂态等值电势的U的计算公式如下：

其中，n＝1,2,3……∞,ω为角频率。

在ADPSS软件中建立步骤1中所述风电并网系统仿真模型，在仿真软件中计算风力发电站的暂态等值电势并进行验证，若步骤6中计算的风力发电站暂态等值电势U与ADPSS软件中计算所得的暂态等值电势U_ADPSS之差的绝对值对风力发电站暂态等值电势U的百分数小于等于精度阈值e，则验证本发明是有效的；

有益技术效果：

本发明提出了一种基于ADPSS风力发电站的暂态等值电势辨识方法，采用虚拟磁链技术的风力发电站可以省去电网侧的电压传感器，采用SVPWM技术将正弦波等效为一系列等时间间隔的脉冲信号，控制转子侧变换器的导通，用占空比的方式控制网侧变换器的导通，输出接近正弦的网侧交流电压，具有良好的动、静态特性，此方法为风力发电站暂态等值电势在线辨识提供了依据。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于ADPSS风力发电站的暂态等值电势辨识方法流程图；

图2为本发明实施例的电压空间矢量图；

图3为本发明实施例的风电并网系统结构框图；

图中：1-风力发电机，2-转子侧变换器，3-网侧变换器，4-电网。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对发明做进一步说明，本实施方式中，某风力发电站采用的是单台额定功率1.5MW，风电站共10台风机，风机的出口电压是U_p＝690V，网侧变换器的占空比为p＝0.8，基于电网虚拟磁链定向得到的网侧电压U_out＝385V，T_s＝2，调制系数m＝1，风力系数变化率P_b为0.18，风力系数的变化阀值P_s为0.15。

一种基于ADPSS风力发电站的暂态等值电势辨识方法，如图1所示，包括一下步骤：

步骤1：建立风电并网系统，如图3所示，包括风力发电机1、转子侧变换器2、网侧变换器3和电网4；风力发电机1的直流输出端与转子侧变换器2相连接，转子侧变换器2与网侧变换器3相连接，网侧变换器3与电网4相连接；采用电网虚拟磁链分析技术计算得U_out，转子侧变换器2采用SVPWM控制方法。

步骤2：获取风力发电机输出电压U_p，风电并网系统的转子侧变换器电压值U_s与相应的开关函数S_a、S_b、S_c的数学表达式，确定风电系统SVPWM触发角度θ；

所述风电并网系统的转子侧变换器的电压值与相应的开关函数S_a、S_b、S_c的数学表达式，如下所示：

SVPWM定义为一个开关函数S_x，当转子侧变换器的上桥臂导通时，开关函数S_x＝1，否则，开关函数S_x＝0，S_a、S_b、S_c分别代表不同的空间电压矢量，在传统两电平的逆变控制系统中，S_a、S_b、S_c分为2个零矢量和6个非零矢量，其中，2个零矢量为：U₀(000)、U₇(111)，6个非零矢量为：U₁(100)、U₂(110)、U₃(010)、U₄(011)、U₅(001)、U₆(101)；如图2所示，2个零矢量在原点，空间电压矢量U_s在任一时刻都会位于某一扇区，因此，U_s由复平面包围的某扇区的两条非零矢量U_x、U_y组成，无论相位角θ如何变化，U_s均用两条非零矢量进行表示；在SVPWM开关周期T_s内，设U_s的工作时间为T_s，U_x的工作时间为Tx，U_y的工作时间为T_y，此时T_x+T_y＝T_s，U_s表达式为U_sT_s＝U_xT_x+U_yT_y，U_p＝U_x＝U_y即：

且：T_s＝2，调制系数m＝1；

令转子侧变换器的位于第一扇区时，其他扇区的U_s为0，此时：U₁＝U₂＝690V，T_s＝2，调制系数m＝1，代入公式(2)得到：

解得T_x＝1，T_y＝1，

把结果代入式(1)得到

通过解上式方程组可得：解得U_s＝720v。

步骤3：根据不同导通时刻确定转子侧变换器的输出电压U_d0的计算公式如下所示：

步骤4：根据网侧变换器的占空比β＝0和转子侧变换器的输出电压U_d0，计算网侧变换器的输出网侧电压U_uv的计算公式如下所示：

风力发电站网侧变换器输出电势有效值U_UV计算公式如下所示：

步骤5：判断当前风力系数变化率P_b是否超过设定风力系数的变化阀值P_s，若是，则设定风力变化系数L＝1，否则设定风力变化系数L＝0；

P_b＞P_s

则此时风力变化系数L＝1；

步骤6：根据网侧变换器的输出的电势有效值U_UV、基于电网虚拟磁链定向得到的网侧电压U_out以及风力变化系数L，计算风力发电站暂态电势U；

风力发电站暂态等值电势的U的计算公式如下：

其中，n＝1,2,3……∞,ω为角频率。

在ADPSS软件中建立步骤1中所述风电并网系统仿真模型，在仿真软件中计算风力发电站的暂态等值电势并进行验证，若步骤6中计算的风力发电站暂态等值电势U与ADPSS软件中计算所得的暂态等值电势U_ADPSS之差的绝对值对风力发电站暂态等值电势的百分数小于等于精度阈值e，则验证本发明是有效的；

本实施例中精度阈值为e＝1％。

在ADPSS仿真软件中搭建本发明的模型如图3所示，风力发电站采用的是单台额定功率为1.5MW，风电站共10台风机，风机的出口电压是U_p＝690v，转子侧变换器的触发角

网侧变换器的占空比为0.8，基于电网虚拟磁链定向得到的网侧电压U_out＝381.73v，T_s＝2，调制系数m＝1，风力系数变化率P_b为0.18，风力系数的变化阀值P_s为0.15,可得L＝1。仿真软件解得风力发电站暂态电势为380.53v。

本文提出的方法与ADPSS仿真中得到的结果可以精确到精度阀值以下，可知该方法对风力发电站的暂态电势有有效的预测能力。

Claims (2)

1.一种基于ADPSS风力发电站的暂态等值电势辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立风电并网系统，包括风力发电机、转子侧变换器、网侧变换器和电网；风力发电机的直流输出端与转子侧变换器相连接，转子侧变换器与网侧变换器相连接，网侧变换器与电网相连接；采用电网虚拟磁链分析技术计算得网侧电压U_out，转子侧变换器采用SVPWM控制方法；

步骤2：获取风力发电机输出电压U_p，风电并网系统的转子侧变换器电压值U_s与相应的开关函数S_a、S_b、S_c的数学表达式，确定风电系统SVPWM触发角度θ；

所述风电并网系统的转子侧变换器的电压值与相应的开关函数S_a、S_b、S_c的数学表达式，如下所示：

SVPWM定义为一个开关函数S_x，当转子侧变换器的上桥臂导通时，开关函数S_x＝1，否则，开关函数S_x＝0，S_a、S_b、S_c分别代表不同的空间电压矢量，在传统两电平的逆变控制系统中，S_a、S_b、S_c分为2个零矢量和6个非零矢量，其中，2个零矢量为：U₀(000)、U₇(111)，6个非零矢量为：U₁(100)、U₂(110)、U₃(010)、U₄(011)、U₅(001)、U₆(101)；2个零矢量在原点，空间电压矢量U_s在任一时刻都会位于某一扇区，因此，U_s由复平面包围的某扇区的两条非零矢量U_x、U_y组成，无论相位角θ如何变化，U_s均用两条非零矢量进行表示；在SVPWM开关周期T_s内，设U_s的工作时间为T_s，U_x的工作时间为T_x，U_y的工作时间为T_y，此时T_x+T_y＝T_s，U_s表达式为U_sT_s＝U_xT_x+U_yT_y，U_p＝U_x＝U_y即：

式中，n为正整数；

且：

其中，m为SVPWM的调制系数，风电系统SVPWM触发角度θ，T_s为定值，不随时间而改变，ω为角速度，t为时间变量；

当U_s位于第一扇区时，T_x为T₁，T_y为T₂，此时可得：

当U_s位于第二扇区时，T_x为T₂，T_y为T₃，可得：

当U_s位于第三扇区时，T_x为T₃，T_y为T₄，可得：

当U_s位于第四扇区时，T_x为T₄，T_y为T₅，可得：

当U_s位于第五扇区时，T_x为T₅，T_y为T₆，可得：

当U_s位于第六扇区时，T_x为T₆，T_y为T₁，可得：

步骤3：根据不同导通时刻T_x和T_y，确定转子侧变换器的输出电压U_d0的计算公式如下所示：

步骤4：根据网侧变换器的占空比β和转子侧变换器的输出电压U_d0，计算网侧变换器的输出网侧电压U_uv的计算公式如下所示：

风力发电站网侧变换器输出电势有效值U_UV计算公式如下所示：

步骤5：判断当前风力系数变化率P_b是否超过设定风力系数的变化阀值P_s，若是，则设定风力变化系数L＝1，否则，设定风力变化系数L＝0；

步骤6：根据网侧变换器的输出电势有效值U_UV、基于电网虚拟磁链定向得到的网侧电压U_out以及风力变化系数L，计算风力发电站暂态电势U；

风力发电站暂态等值电势的U的计算公式如下：

其中，n＝1,2,3……∞,ω为角频率。

2.根据权利要求1所述一种基于ADPSS风力发电站的暂态等值电势辨识方法，其特征在于，在ADPSS软件中建立步骤1中所述风电并网系统仿真模型，在仿真软件中计算风力发电站的暂态等值电势并进行验证，若如权利要求1中计算的风力发电站的暂态等值电势U与ADPSS软件中计算所得的暂态等值电势U_ADPSS之差的绝对值对风力发电站暂态等值电势U的百分数小于等于精度阈值e，则验证本发明是有效的；

其中，U_ADPSS为ADPSS软件中计算所得的暂态等值电势，e为精度阈值。

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