双馈异步风力发电机接入UPS系统及次同步振荡分析方法与流程

双馈异步风力发电机接入ups系统及次同步振荡分析方法
技术领域
1.本发明涉及风力发电技术领域，特别是一种双馈异步风力发电机接入ups系统及次同步振荡分析方法。


背景技术：

2.在特殊工作环境要求的场所下，必须保证给设备提供电能，预防灾害发生时产生的，减少设备中断供电产生危害，但最大尽可能使用清洁能源的场所，如防空警报、山区森林防火检测、报警、雷达、电讯等。必须保持多种供电输入(光伏发电或风力发电)，备用供电能源，进行互补交换工作，同时尽可能使用清洁能源，最快限度地充饱电池组，最大延长备用时间，同时最大延长电池的使用寿命。
3.当双馈异步风力发电机经由串联电容补偿的线路接入系统时,如果串联补偿度较高,网路的电气谐振频率较容易和大型汽轮发电机轴系的自然扭振频率产生谐振,造成双馈异步风力发电机大轴扭振破坏。因此，需要对双馈异步风力发电机进行次同步振荡分析，以避免双馈异步风力发电机损坏。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双馈异步风力发电机接入ups系统及次同步振荡分析方法。
5.为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
6.本发明第一个目的是要提供一种双馈异步风力发电机接入ups系统，包括双馈异步风力发电机和传统ups系统模块，所述双馈风机模块输出连接到ups系统模块的供电接口；所述双馈异步风力发电机1包括风轮以及齿轮箱、发电机、风机网侧母线、变压器、pcc母线、电网阻抗、转子侧变流器、网侧变流器；
7.其中，双馈感应发电风机由风机以及齿轮箱连接到发电机，发电机输出到网侧母线，网侧母线连接到变压器、变压器通过pcc母线连接到网侧阻抗，网侧阻抗输出连接到传统ups系统模块的交流电网，发电机的转子侧输出连接到转子侧变流器，发电机的定子侧输出连接到网侧变流器。
8.进一步地，所述传统ups系统模块的直流母线的输入连接有充电桩模块，所述充电桩模块包括双向有源桥、充电桩，双向有源桥的输入连接到直流母线，双向有源桥的输出连接到充电桩。
9.优选地，所述传统ups系统模块的储能单元为超级电容。
10.本发明第二个目的是要提供一种双馈异步风力发电机接入ups系统引发的次同步振荡分析方法，包括以下步骤：
11.步骤1：将系统中各部分元件构建系统动力学方程模型；
12.步骤2：将系统中非线性部分与可线性化的其他部分区分，单独对含饱和非线性部分进行基于描述函数表示，同时其他部分由传统的传递函数进行建模；
13.步骤3：利用广义的nyquist准则，从传递函数中得到系统次同步振荡的频率和振幅。
14.进一步地，双馈异步风力发电机的动态性能通过以下非线性微分方程和代数方程表示：
[0015][0016]
0＝g(x,y)；
[0017]
其中，其中x∈rx是状态变量的矢量，包括双馈异步风力发电机的转子速度和角度、转子和定子电流、控制器的状态变量；y∈ry是非状态变量的矢量，包括母线电压幅值和角度。
[0018]
进一步地，双馈异步风力发电机网侧变流器侧的饱和非线性效应用描述函数g2表示：
[0019][0020]
0＝g2(x,y)；
[0021]
并得到饱和函数n(a)；对于单输入单输出系统，系统闭环特征方程为：
[0022]
1+n(a)g(jω)＝0；
[0023][0024]
进一步地，将g(jω)围绕点的情况(-1，j0)扩展到g(jω)围绕曲线-1/n(a)，推广到广义奈奎斯特准则，根据推广的nyquist准则，描述双馈异步风力发电机接入ups系统次同步振荡的幅值与频率。
[0025]
与现有技术相比，本发明的双馈异步风力发电机接入ups系统供电可靠性高；而且该系统设置充电桩，可以为电车进行应急充电；另外，本发明还对双馈异步风力发电机接入ups系统的次同步振荡进行分析，随时获取双馈异步风力发电机的幅值与频率，以避免双馈异步风力发电机损坏；较传统特征值分析方法在系统非线性不可忽略对系统进行分析时，所得结果更为精确，具有良好的参考性能。
附图说明
[0026]
图1为双馈异步风力发电机接入ups系统的拓扑图。
[0027]
图2为双馈异步风力发电机转子侧变流器控制框图。
[0028]
图3为非线性系统典型结构图。
[0029]
图4为双馈异步风力发电机接入ups系统次同步振荡分析方法流程图。
具体实施方式
[0030]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
[0031]
如图1所示，本实施例示例性地给出了一种双馈异步风力发电机接入ups系统，包括双馈异步风力发电机1和传统ups系统模块2，所述双馈风机模块输出连接到ups系统模块
的供电接口；所述双馈异步风力发电机1包括风轮以及齿轮箱101、发电机102、风机网侧母线103、变压器104、pcc母线105、电网阻抗106、转子侧变流器107、网侧变流器108；
[0032]
其中，双馈感应发电风机由风机以及齿轮箱101连接到发电机102，发电机102输出到网侧母线103，网侧母线103连接到变压器104、变压器104通过pcc母线105连接到网侧阻抗106，网侧阻抗106输出连接到传统ups系统模块2的交流电网201，发电机102的转子侧102输出连接到转子侧变流器107，双馈异步风力发电机转子侧变流器控制框图如图2所示，发电机102的定子侧102输出连接到网侧变流器108。
[0033]
传统ups模块2包括：
[0034]
供电接口201、网侧整流器202、旁路开关203、逆变器204、用户负载205、双向直流变换器206、储能单元207、直流母线208；
[0035]
其中，网侧整流器202输入连接到供电接口201，旁路开关203输出连接到用户负载205，逆变器204输入连接到直流母线208，逆变器204输出连接到用户负载205，双向直流变换器206输入连接到直流母线203，双向直流变换器输出连接到储能单元207，储能单元207可以选择超级电容。
[0036]
根据实际使用情况，所述传统ups系统模块2的直流母线208的输入连接有充电桩模块3，所述充电桩模块3包括双向有源桥301、充电桩302，双向有源桥301的输入连接到直流母线208，双向有源桥301的输出连接到充电桩302，可以为电车进行充电。
[0037]
如图4所示，本实施例还示例性的给出了一种双馈异步风力发电机接入ups系统引发的次同步振荡分析方法，包括以下步骤：
[0038]
步骤1：将系统中各部分元件构建系统动力学方程模型；
[0039]
步骤2：将系统中非线性部分与可线性化的其他部分区分，单独对含饱和非线性部分进行基于描述函数表示，同时其他部分由传统的传递函数进行建模；
[0040]
具体地，双馈异步风力发电机的动态性能通过以下非线性微分方程和代数方程表示：
[0041][0042]
0＝g(x,y)；
[0043]
其中，其中x∈rx是状态变量的矢量，包括双馈异步风力发电机的转子速度和角度、转子和定子电流、控制器的状态变量；y∈ry是非状态变量的矢量(非线性系统典型结构图如图3所示)，包括母线电压幅值和角度。
[0044]
进一步地，双馈异步风力发电机网侧变流器侧的饱和非线性效应用描述函数g2表示：
[0045][0046]
0＝g2(x,y)；
[0047]
并得到饱和函数n(a)；对于单输入单输出系统，系统闭环特征方程为：
[0048]
1+n(a)g(jω)＝0；
[0049]
[0050]
步骤3：利用广义的nyquist准则，从传递函数中得到系统次同步振荡的频率和振幅。
[0051]
具体地，将g(jω)围绕点的情况(-1，j0)扩展到g(jω)围绕曲线-1/n(a)，推广到广义奈奎斯特准则，根据推广的nyquist准则，描述双馈异步风力发电机接入ups系统次同步振荡的幅值与频率。
[0052]
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种双馈异步风力发电机接入ups系统，包括双馈异步风力发电机和传统ups系统模块，所述双馈风机模块输出连接到ups系统模块的供电接口；其特征在于：所述双馈异步风力发电机1包括风轮以及齿轮箱、发电机、风机网侧母线、变压器、pcc母线、电网阻抗、转子侧变流器、网侧变流器；其中，双馈感应发电风机由风机以及齿轮箱连接到发电机，发电机输出到网侧母线，网侧母线连接到变压器、变压器通过pcc母线连接到网侧阻抗，网侧阻抗输出连接到传统ups系统模块的交流电网，发电机的转子侧输出连接到转子侧变流器，发电机的定子侧输出连接到网侧变流器。2.根据权利要求1所述的双馈异步风力发电机接入ups系统，其特征在于：所述传统ups系统模块的直流母线的输入连接有充电桩模块，所述充电桩模块包括双向有源桥、充电桩，双向有源桥的输入连接到直流母线，双向有源桥的输出连接到充电桩。3.根据权利要求1所述的双馈异步风力发电机接入ups系统，其特征在于：所述传统ups系统模块的储能单元为超级电容。4.一种如权利要求1所述的双馈异步风力发电机接入ups系统引发的次同步振荡分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将系统中各部分元件构建系统动力学方程模型；步骤2：将系统中非线性部分与可线性化的其他部分区分，单独对含饱和非线性部分进行基于描述函数表示，同时其他部分由传统的传递函数进行建模；步骤3：利用广义的nyquist准则，从传递函数中得到系统次同步振荡的频率和振幅。5.根据权利要求4所述的双馈异步风机接入ups系统引发的次同步振荡分析方法，其特征在于，双馈异步风力发电机的动态性能通过以下非线性微分方程和代数方程表示：0＝g(x,y)；其中，其中x∈rx是状态变量的矢量，包括双馈异步风力发电机的转子速度和角度、转子和定子电流、控制器的状态变量；y∈ry是非状态变量的矢量，包括母线电压幅值和角度。6.根据权利要求4所述的双馈异步风机接入ups系统引发的次同步振荡分析方法，其特征在于，双馈异步风力发电机网侧变流器侧的饱和非线性效应用描述函数g2表示：0＝g2(x,y)；并得到饱和函数n(a)；对于单输入单输出系统，系统闭环特征方程为：1+n(a)g(jω)＝0；7.根据权利要求4所述的双馈异步风机接入ups系统引发的次同步振荡分析方法，其特征在于，将g(jω)围绕点的情况(-1，j0)扩展到g(jω)围绕曲线-1/n(a)，推广到广义奈奎斯特准则，根据推广的nyquist准则，描述双馈异步风力发电机接入ups系统次同步振荡的
幅值与频率。

技术总结
本发明公开了一种双馈异步风力发电机接入UPS系统及次同步振荡分析方法：基于描述函数和广义Nyquist准则的非线性分析方法分析风机并网引发的次同步振荡特性；包括：首先将系统中各部分元件进行建模，然后将系统中非线性部分与可线性化的其他部分区分，单独对含饱和非线性部分进行基于描述函数表示，同时其他部分由传统的传递函数进行建模，最后利用广义的Nyquist准则，从传递函数中得到次同步振荡的频率和振幅。所述方法较传统特征值分析方法在系统非线性不可忽略对系统进行分析时，所得结果更为精确，具有良好的参考性能。具有良好的参考性能。具有良好的参考性能。


技术研发人员：赵进才 何国锋 董燕飞
受保护的技术使用者：河南鑫卓飞智能化工程有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/19