中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
1 研究背景
隨著風(fēng)電在電網(wǎng)中所占比例的逐年提升，雙饋風(fēng)電機(jī)組作為風(fēng)電市場的主流機(jī)型，其動(dòng)態(tài)特性，尤其是故障穿越特性，對(duì)電力系統(tǒng)的影響日益顯著。精準(zhǔn)分析大規(guī)模風(fēng)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響，需要構(gòu)建能夠表征實(shí)際風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)特性的白盒模型。其中，模型結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)研或故障穿越響應(yīng)曲線的形態(tài)獲得，但模型參數(shù)包含發(fā)電機(jī)參數(shù)、變流器參數(shù)、轉(zhuǎn)子側(cè)控制器參數(shù)、網(wǎng)側(cè)控制器參數(shù)、故障穿越控制器參數(shù)等，各個(gè)參數(shù)交互影響，難以辨識(shí)。
2 研究內(nèi)容
2.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組參數(shù)分類分步辨識(shí)的原理依據(jù)
本文提出的基于故障穿越特性分析的雙饋風(fēng)電機(jī)組參數(shù)分類分步一體化辨識(shí)方法的原理依據(jù)如圖1所示。由圖1可以看出，雙饋風(fēng)電機(jī)組主要由主電路和控制電路兩部分構(gòu)成，將其響應(yīng)的全過程分為：故障前穩(wěn)態(tài)、故障期間暫態(tài)、故障期間暫穩(wěn)態(tài)、故障清除后暫態(tài)、故障清除后恢復(fù)過程和故障清除后穩(wěn)態(tài)6個(gè)階段(標(biāo)注為階段I~VI)。結(jié)合圖1所示雙饋風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和故障穿越響應(yīng)過程的綜合分析，可將風(fēng)電機(jī)組的參數(shù)進(jìn)一步分為第1類發(fā)電機(jī)參數(shù)、第2類變流器相關(guān)參數(shù)、第3類故障穿越響應(yīng)曲線形態(tài)主導(dǎo)參數(shù)、第4類轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(RSC)內(nèi)外環(huán)比例-積分(PI)控制器參數(shù)、網(wǎng)側(cè)變流器(GSC)內(nèi)外環(huán)PI控制器參數(shù)。
圖1 雙饋型風(fēng)電機(jī)組參數(shù)分類分步辨識(shí)方法的原理依據(jù)
2.2 雙饋風(fēng)電機(jī)組參數(shù)分類分步辨識(shí)的頻域模型構(gòu)建
涉及第1和第2類參數(shù)的主電路頻域模型見原文式(1)—式(6)。
2.2.1 涉及第3類參數(shù)的控制器頻域模型
轉(zhuǎn)子無功電流的參考值為：
式中：Lm為定子和轉(zhuǎn)子間的互感；Ls為定子自感；ψs為定子磁鏈；kq為無功支撐系數(shù)；uset為無功電壓閾值；us為機(jī)端電壓；In為額定電流。
轉(zhuǎn)子有功電流的參考值為：
式中：ip,normal為故障發(fā)生前有功電流的穩(wěn)態(tài)值；Imax為最大電流限幅。
有功功率恢復(fù)參考值為：
式中：rp為有功功率恢復(fù)速率。
2.2.2 涉及第4類參數(shù)的控制器頻域模型
短路故障下雙饋型風(fēng)電機(jī)組電壓與轉(zhuǎn)子電流間的頻域模型為：
式中：kpr為PI控制器的比例系數(shù)；kir為PI控制器的積分系數(shù)；ir(s)為轉(zhuǎn)子電流；ψs0(s)為定子磁鏈初始狀態(tài)；下標(biāo)d、q表示對(duì)應(yīng)變量的d、q軸分量，下同；本文變量中含有(s)的表示頻域變量，不含(s)的表示時(shí)域變量，下同。
式中：kpp和kpi分別為有功外環(huán)的比例系數(shù)和積分系數(shù)；kqp和kqi分別為無功外環(huán)的比例系數(shù)和積分系數(shù)；Pref和P分別為有功參考值和實(shí)際值；Qref和Q分別為無功參考值和實(shí)際值。
GSC控制器：
式中：kpg和kig分別為GSC內(nèi)環(huán)控制器比例系數(shù)和積分系數(shù)；igd(s)、igq(s)分別為網(wǎng)側(cè)控制器電流ig的d、q軸分量；vgd(s)、vgq(s)分別為電網(wǎng)電壓的d、q軸分量；下標(biāo)ref為對(duì)應(yīng)變量的參考值，下同。
式中：kpv和kiv分別為GSC外環(huán)控制器的比例和積分系數(shù)；Vbus分別為直流電壓實(shí)際值。
2.3 雙饋型風(fēng)電機(jī)組參數(shù)的分類分步一體化辨識(shí)方法及實(shí)現(xiàn)方案
第1類參數(shù)可由中度故障工況下的階段II、IV辨識(shí)。第2類參數(shù)可由重度故障工況下的階段II、IV辨識(shí)，也可采用工程整定方法。第1和第2類參數(shù)構(gòu)成的主電路參數(shù)組是構(gòu)建雙饋風(fēng)電機(jī)組仿真模型的物理基礎(chǔ)，共同決定了第3和第4類參數(shù)的被控對(duì)象，需要優(yōu)先辨識(shí)。第3類參數(shù)可由中度和重度故障工況下的階段III、V辨識(shí)，第4類參數(shù)可由中度或重度故障工況下的階段II和階段IV辨識(shí)。第3類故障穿越響應(yīng)曲線形態(tài)主導(dǎo)參數(shù)組成的故障穿越控制器作為故障情況下RSC內(nèi)環(huán)控制器的輸入，將直接影響第4類RSC/GSC的內(nèi)外環(huán)參數(shù)，尤其是RSC內(nèi)環(huán)PI的辨識(shí)效果。若第3類參數(shù)辨識(shí)不準(zhǔn)，第4類參數(shù)無論辨識(shí)有多準(zhǔn)確都無法正確表征雙饋風(fēng)電機(jī)組的故障穿越特性，因此第3類參數(shù)的辨識(shí)次序需優(yōu)于第4類參數(shù)。本文提出將雙饋型風(fēng)電機(jī)組參數(shù)分為4類的方案，其類別編號(hào)同時(shí)也是辨識(shí)的流程次序和優(yōu)先級(jí)，不可調(diào)換，共同構(gòu)成了機(jī)組參數(shù)的分類分步一體化辨識(shí)方法。
3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
對(duì)某廠家雙饋風(fēng)電機(jī)組ADPSS黑盒封裝模型進(jìn)行了辨識(shí)，分別基于參數(shù)辨識(shí)結(jié)果構(gòu)建的仿真模型和廠家封裝模型進(jìn)行故障穿越仿真，二者故障穿越全過程各階段的基波正序電壓、有功功率、無功功率、有功電流和無功電流對(duì)比如圖2所示。
圖2 20%電壓跌落工況廠家黑盒模型與辨識(shí)出的白盒模型的故障響應(yīng)特性對(duì)比
4 結(jié)語
針對(duì)目前雙饋風(fēng)電機(jī)組大擾動(dòng)情況下參數(shù)整體辨識(shí)方法缺失，且無法精準(zhǔn)辨識(shí)外特性不敏感的內(nèi)環(huán)控制器參數(shù)問題，提出了適用于故障穿越工況的頻域辨識(shí)模型構(gòu)建方法和機(jī)組參數(shù)的分類分步一體化辨識(shí)方法，通過仿真模型和所構(gòu)建頻域模型故障穿越響應(yīng)特性對(duì)比、參數(shù)辨識(shí)值與真值的對(duì)比及辨識(shí)出的白盒模型和廠家黑盒響應(yīng)特性的對(duì)比，驗(yàn)證了提出的辨識(shí)模型和分類分步一體化參數(shù)辨識(shí)方法的正確性。結(jié)果表明，提出的辨識(shí)方法具有準(zhǔn)確性高、適用性強(qiáng)、數(shù)據(jù)獲取簡單和仿真速度快等優(yōu)點(diǎn)。
