一种构网型直驱风电机组的直流侧稳定性量化分析方法

本发明属于风力发电机组发电，更具体地，涉及一种构网型直驱风电机组的直流侧稳定性量化分析方法。

背景技术：

1、构建以新能源为主体的新型电力系统，将使电力系统呈现的高比例新能源、高比例电力电子设备的“双高”特征愈加凸显，新能源变换器与电网的异常交互逐渐增多，引发诸如次同步振荡、谐波振荡等问题，危及电力系统的安全稳定运行。

2、构网型控制通过模拟同步发电机动态实现自主同步电网，属于形成式并网控制方式。构网型控制的变换器呈现出类似同步发电机的电压源外特性，能够自主组网运行、主动响应负荷功率波动，适用于以新能源为主导电源的新型电力系统。

3、然而，现有关于构网型风电机组的稳定性分析大多仅考虑构网型风电机组与电网之间的交互作用，相关研究表明构网型风电机组的输出阻抗呈现出电感特性，往往导致得出错误的稳定性分析结论。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种构网型直驱风电机组的直流侧稳定性量化分析方法，其目的在于，解决现有关于构网型风电机组的稳定性分析方法确定的结果不够准确的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种构网型直驱风电机组的直流侧稳定性量化分析方法，包括：

3、s1：以直流电容为分界线，将构网型直驱风电机组的直流侧分为网侧变换器部分、机侧变换器部分和直流电容部分；

4、s2：获取所述网侧变换器部分在直流侧的阻抗zgsc、所述机侧变换器部分在直流侧的阻抗zmsc和所述直流电容部分在直流侧的阻抗zc；

5、s3：将所述机侧变换器部分等效为受控电压源umsc串联直流阻抗zmsc，将所述网侧变换器部分等效为受控电压源ugsc串联阻抗zgsc，再将受控电压源umsc串联阻抗zmsc后并联所述直流电容部分的阻抗zc，再串联直流阻抗zgsc和受控电压源ugsc，得到构网型直驱风电机组的直流侧阻抗模型；再将所述直流侧阻抗模型中的所述机侧变换器部分和所述直流电容部分等效为受控电压源ueq串联等效阻抗zeq的形式；

6、s4：利用所述等效阻抗zeq和所述网侧变换器部分在直流侧的阻抗zgsc构建衡量构网型直驱风电机组直流侧稳定性的特征方程，利用所述特征方程的特征值计算衡量构网型直驱风电机组的直流侧稳定性的量化指标ζ；

7、s5：将所述量化指标ζ与参考阈值进行比较，根据比较结果判定所述构网型直驱风电机组在直流侧的稳定性。

8、在其中一个实施例中，所述s2中所述网侧变换器部分在直流侧的阻抗zgsc的计算过程为：利用公式zgsc= δudc/ δidcg= udc/[ udc/ (gg-pg0/udc)]计算所述网侧变换器部分在直流侧的阻抗zgsc；δudc为直流电压的变化量；δidcg为输入所述网侧变换器部分的直流电流变化量；udc为所述网侧变换器部分的直流电压稳态值，pg0为网侧变换器部分输出有功功率的稳态值，gg为网侧变换器部分输出的有功功率变化量δpg关于直流电压的变化量δudc的传递函数；δpg=udcδidcg+idcgδudc，idcg为输入所述网侧变换器部分的直流电流稳态值。

9、在其中一个实施例中，所述s2中所述机侧变换器部分在直流侧的阻抗zmsc的计算过程为：利用公式zmsc= δudc/ δidcm= udc/[ udc/ (pm0/udc- gm)]计算所述机侧变换器部分在直流侧的阻抗zmsc；δudc为直流电压的变化量；δidcm为输入所述机侧变换器部分输出的直流电流变化量，udc为所述网侧变换器部分的直流电压稳态值，pm0为机侧变换器部分输出有功功率的稳态值，gm为网侧变换器部分输出的有功功率变化量δpm关于直流电压的变化量δudc的传递函数；δpm=udcδidcm+idcmδudc，idcm为输入所述机侧变换器部分的直流电流稳态值。

10、在其中一个实施例中，所述s3中的等效阻抗zeq的是利用公式zeq=zmsczc/(zmsc+ zc)计算得到。

11、在其中一个实施例中，所述s4包括：

12、s41：利用公式f(s)=zeq+zgsc表示衡量构网型直驱风电机组的直流侧稳定性的特征方程f(s)；令特征方程f(s)的值为0求得特征值λ1、λ2、...、λm；

13、s42：利用特征值λ1、λ2、...、λm计算所述构网型直驱风电机组的直流侧稳定性的量化指标ζ。

14、在其中一个实施例中，所述s42包括：

15、利用公式计算所述量化指标ζ，real()为提取复数实部的函数，||表示取绝对值，表示h由1增大到m的过程中取[]中的最小值。

16、在其中一个实施例中，所述s5包括：若ζ小于或等于所述参考阈值，则判定所述构网型直驱风电机组的直流侧不稳定；若ζ大于所述参考阈值，则判定所述构网型直驱风电机组的直流侧稳定，且ζ值越大，构网型直驱风电机组的直流侧稳定裕度越强。

17、按照本发明的另一方面，提供了一种构网型直驱风电机组的直流侧稳定性量化分析装置，包括：

18、划分模块，用于以直流电容为分界线，将构网型直驱风电机组的直流侧分为网侧变换器部分、机侧变换器部分和直流电容部分；

19、获取模块，用于获取所述网侧变换器部分在直流侧的阻抗zgsc、所述机侧变换器部分在直流侧的阻抗zmsc和所述直流电容部分在直流侧的阻抗zc；

20、构建模块，用于将所述机侧变换器部分等效为受控电压源umsc串联直流阻抗zmsc，将所述网侧变换器部分等效为受控电压源ugsc串联阻抗zgsc，再将受控电压源umsc串联阻抗zmsc后并联所述直流电容部分的阻抗zc，再串联直流阻抗zgsc和受控电压源ugsc，得到构网型直驱风电机组的直流侧阻抗模型；再将所述直流侧阻抗模型中的所述机侧变换器部分和所述直流电容部分等效为受控电压源ueq串联等效阻抗zeq的形式；

21、计算模块，用于利用所述等效阻抗zeq和所述网侧变换器部分在直流侧的阻抗zgsc构建衡量构网型直驱风电机组直流侧稳定性的特征方程，利用所述特征方程的特征值计算衡量构网型直驱风电机组的直流侧稳定性的量化指标ζ；

22、判定模块，用于将所述量化指标ζ与参考阈值进行比较，根据比较结果判定所述构网型直驱风电机组在直流侧的稳定性。

23、按照本发明的另一方面，提供了一种风电场控制系统，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方法的步骤。

24、按照本发明的另一方面，提供了一种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方法的步骤。

25、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

26、（1）本发明提供一种构网型直驱风电机组的直流侧稳定性量化分析方法，建立了机侧变换器部分、网侧变换器部分与直流电容部分对应的构网型直驱风电机组的直流侧阻抗模型，对所述直流侧阻抗模型进行等效变换，以建立衡量构网型直驱风电机组直流侧稳定性的特征方程，进而得到衡量构网型直驱风电机组的直流侧稳定性的量化指标ζ；根据提出的量化指标ζ与参考阈值的比较结果判断构网型直驱风电机组的直流侧稳定性，克服了现有关于构网型直驱风电机组的稳定性研究仅关注机组与电网之间的交互作用、而不考虑机侧变换器部分与网侧变换器部分之间交互作用，导致稳定性分析结果不够准确的问题。

27、（2）本方案利用公式zgsc= δudc/ δidcg= udc/[ udc/ (gg-pg0/udc)]计算所述网侧变换器部分在直流侧的阻抗zgsc；δudc为直流电压的变化量；考虑了网侧变换器的控制特性，实现了网侧变换器的直流侧阻抗的解析计算。

28、（3）本方案利用公式zmsc= δudc/ δidcm= udc/[ udc/ (pm0/udc- gm)]计算所述机侧变换器部分在直流侧的阻抗zmsc；考虑了机侧变换器的控制特性，实现了机侧变换器的直流侧阻抗的解析计算。

29、（4）本方案中的等效阻抗zeq的是利用公式zeq=zmsczc/(zmsc+ zc)计算得到，考虑了机侧变换器、直流电容的影响，实现了机侧变换器、直流电容的等效建模。

30、（5）本方案利用公式f(s)=zeq+zgsc表示衡量构网型直驱风电机组的直流侧稳定性的特征方程f(s)；令特征方程f(s)的值为0求得特征值λ1、λ2、...、λm；考虑了机侧变换器、网侧变换器以及直流电容的影响，实现了特征值的求解。

31、（6）本方案利用公式计算所述量化指标ζ；考虑了所有特征值的影响，实现了构网型直驱风电机组直流侧稳定性的量化。

32、（7）本方案中若ζ大于所述参考阈值，则判定所述构网型直驱风电机组的直流侧稳定，且ζ值越大，构网型直驱风电机组的直流侧稳定裕度越强；考虑了机侧变换器与网侧变换器的交互作用，实现了构网型直驱风电机组的直流侧稳定性的判定。