第 39 卷 第 4 期
2019 年 4 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.39 No.4
Apr. 2019
直驱永磁风电机组 LVRT 模型参数的整定方法与实测验证
黄 桦
1ꎬ2
ꎬ潘学萍
2
ꎬ李佳伟
2
ꎬ袁小明
1
ꎬ鞠 平
2
(1. 华中科技大学 电气与电子工程学院ꎬ湖北 武汉 430074ꎻ2. 河海大学 能源与电气学院ꎬ江苏 南京 211100)
摘要:针对直驱永磁风电机组ꎬ提出低电压穿越( LVRT) 模型参数的整定方法ꎮ 基于直驱永磁风电机组的通
用模型结构ꎬ计算各参数的轨迹灵敏度ꎬ获得 LVRT 模型的关键参数ꎮ 指出由于参数的非线性特性ꎬ现有的
基于轨迹灵敏度的参数辨识方法难以适用ꎮ 为此ꎬ提出将参数调整与参数优化相结合的参数整定方法ꎮ 以
某直驱永磁风电机组为例ꎬ基于实测数据进行了参数整定及模型验证ꎬ并进行了其他扰动场景下的适应性分
析ꎬ结果验证了所提方法的可行性和有效性ꎮ
关键词:直驱永磁风电机组ꎻ低电压穿越ꎻ参数整定ꎻ实测验证ꎻ轨迹灵敏度ꎻ适应性分析ꎻ模型
中图分类号:TM 614 文献标识码:A DOI:10.16081 / j.issn.1006
-
6047.2019.04.023
0 引言
合适的风电机组模型及准确的参数是仿真分析
含高比例风力发电电力系统动态特性的基础
[1 ̄3]
ꎮ
早在 2009 年ꎬ美国电科院(EPRI)、美国西部电力协
调委员会 WECC(Western Electricity Coordinating Coun ̄
cil)建模工作组提出了 4 种类型的风电机组通用模
型结构ꎬ后经不同厂家的实测验证与模型改进ꎬ于
2014 年又提出了第二代风电机组的通用模型
[4 ̄7]
ꎬ
并将该通用模型应用到 PSS / E、PSLF 等电力系统仿
真平台
[8 ̄9]
ꎮ 文献[10 ̄11] 对 WECC 提出的风电机
组通用模型进行了讨论及适应性评述ꎮ 国内中国电
力科学研究院、河海大学等
[12 ̄13]
也在这一方面做了
有意义的工作ꎮ
收稿日期:2018
-
08
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02ꎻ修回日期:2019
-
01
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05
基金项目:新能源发电与智能电网“111”引智计划(B14022)
Project supported by the “ 111” Project of Renewable Energy
and Smart Grid(B14022)
风电机组的参数整定与模型验证是检验仿真
模型是否准确的前提ꎮ 文献[14] 从扰动的确定、观
测量的选择以及参数辨识方法的选择等因素出发ꎬ
给出了风电机组参数辨识的框架以及流程ꎮ 文献
[15]总结对比了各国实测、验证风电机组模型的做
法ꎮ 部分厂家的风电机组模型校核方法
[16 ̄17]
也值得
借鉴ꎬ如 ABB 公司以发电机出口处的电压跌落为激
励信号ꎬ根据实测数据验证直驱永磁风电机组的模
型参数
[18]
ꎻGE 公司通过在发电机出口处的电压施
加阶跃信号 / 投切风电场内的电容器组等手段施加
激励信号进行模型校核
[19]
ꎮ
上述风电机组的参数整定或模型验证都侧重于
连续参数ꎬ尚未有对导致风电机组非平滑动态特性
的参数进行整定的研究报道ꎮ 而从 WECC 公布的
直驱风电机组的模型结构可以看出:控制器中存在
限幅、死区环节ꎬ且在不同电压跌落程度下系统存在
动态切换等离散事件ꎮ 文献[20] 强调ꎬ双馈 / 直驱
风电机组本身为混杂系统ꎬ其非线性特性使得风电
机组的动态特性尤为复杂ꎮ
本文 针 对 直 驱 永 磁 风 电 机 组 在 低 电 压 穿 越
(LVRT)期间的逻辑控制模块各参数提出参数整定
方法ꎮ 由于 LVRT 期间的控制策略中存在的限幅、
死区等非线性参数可能导致风电机组的动态轨迹非
平滑ꎬ适用于辨识常规参数的轨迹灵敏度方法将不
再适用ꎮ 为此ꎬ本文采用启发式方法与优化方法相
结合的思路ꎬ对于导致风电机组非平滑动态的非线
性参数ꎬ先采用参数调整的方法获得其初始值ꎬ进一
步进行曲线拟合ꎬ从而获得参数结果ꎮ
1 LVRT 模型参数的灵敏度分析
WECC 推出的直驱永磁风电机组(Type 4) 通用
模型结构见附录中图 A1ꎬ其包括驱动系统(wtgt_a)、
转子侧控制环节(reec_a)、发电机以及网侧变流器
(regc_a) 和场 站 级控 制 ( repc _ a) 4 个模 块ꎮ 其 中
regc_a 和 reec_a 的模型结构分别见图 1 和图 2ꎬ各参
数定义见文献[8]ꎮ
图 1 regc_a 的模型结构
Fig.1 Model structure of regc_a
1.1 LVRT 期间风电机组的控制策略
从图 1、2 可见:风电机组的控制环节除了正常