本發(fā)明屬于風力發(fā)電，特別是一種基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法。

背景技術(shù)：

1、隨著“碳達峰、碳中和”目標的提出，能源低碳轉(zhuǎn)型將顯著加快，其中風電作為最成熟的可再生能源發(fā)電形式之一，近年來在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展和廣泛應用。目前海上風電機組向超大型化方向發(fā)展，風機葉片不斷增大，風機間隔不斷增大，電力匯集網(wǎng)的電纜長度也在不斷增大。傳統(tǒng)交流匯集方式下，海底電纜對地電容的作用導致了風場內(nèi)網(wǎng)無功充電電流及過電壓問題變得日益嚴峻。可通過建立采用直流匯集和傳輸并網(wǎng)的全直流風電場解決上述問題。相比于交流匯集，直流匯集方式在解決上述問題的同時，由于無需笨重且體積龐大的工頻交流變壓器，還能在設備體積和質(zhì)量、系統(tǒng)損耗及建設成本等方面具有明顯優(yōu)勢。

2、llc諧振變換器以可隔離故障電流、開關(guān)損耗小和低成本與體積等優(yōu)點，可選為海上直流風電機組的dc/dc變換器拓撲。目前國內(nèi)外缺乏關(guān)于基于llc諧振變換器的海上直流風電機組的研究，因此亟需一種能用來研究基于llc諧振變換器的海上直流風電機組特性的模型。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于llc諧振變換器的海上直流風電機組模型的建模方法，完成海上直流風電機組氣動機械模型、海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型、海上直流風電機組控制器模型和外部直流電網(wǎng)模型的建模。本發(fā)明提出的建模方法為基于llc諧振變換器的直流風電機組動態(tài)特性和控制策略的有效性研究提供了模型基礎。

2、實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，所述方法包括以下步驟：

3、步驟1，建立海上直流風電機組氣動機械模型；

4、步驟2，建立海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型，包括dc/dc變流器模型；所述dc/dc變流器模型采用llc諧振變換器；

5、步驟3，建立海上直流風電機組控制器模型；

6、步驟4，建立外部直流電網(wǎng)模型；

7、所述海上直流風電機組控制器模型將控制信號傳遞給所述海上直流風電機組氣動機械模型和海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型。

8、進一步地，步驟1中，基于電力系統(tǒng)仿真軟件建立海上直流風電機組氣動機械模型，所述海上直流風電機組氣動機械模型包括：風速模型、風力機模型、傳動鏈模型和變槳模型。

9、進一步地，步驟2中，基于電力系統(tǒng)仿真軟件建立海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型，所述海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型還包括：發(fā)電機模型和ac/dc變流器模型。

10、進一步地，所述發(fā)電機模型采用永磁同步電機，所述ac/dc變流器模型采用三相可控整流電路。

11、進一步地，步驟3中，基于電力系統(tǒng)仿真軟件建立海上直流風電機組控制器模型，所述海上直流風電機組控制器模型包括：槳距角控制器模型、ac/dc變流器控制器模型和dc/dc變流器控制器模型。

12、進一步地，步驟4中，基于電力系統(tǒng)仿真軟件建立外部直流電網(wǎng)模型，所述外部直流電網(wǎng)模型采用直流電壓源串聯(lián)電阻的形式表示。

13、進一步地，所述海上直流風電機組控制器模型將控制信號傳遞給所述海上直流風電機組氣動機械模型和海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型，具體包括：

14、獲取永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速并生成第一控制信號；

15、根據(jù)所述第一控制信號控制風力機槳距角，從而控制永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速；

16、獲取永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速、定子電流和定子電壓并生成第二控制信號；

17、根據(jù)所述第二控制信號控制ac/dc變流器，從而控制永磁同步發(fā)電機輸出功率；

18、獲取dc/dc變流器輸入側(cè)電壓和輸入側(cè)電流并生成第三控制信號；

19、根據(jù)所述第三控制信號控制dc/dc變流器，從而控制dc/dc變流器輸入側(cè)電壓；

20、通過控制海上直流風電機組的槳距角、輸出功率和dc/dc變流器輸入側(cè)電壓確保海上直流風電機組穩(wěn)定運行。

21、進一步地，所述獲取永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速并生成第一控制信號，具體包括：

22、獲取永磁同步電機的轉(zhuǎn)速，將永磁同步電機的最大允許轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速作差后送入pi調(diào)節(jié)器，得到第一控制信號。

23、進一步地，所述獲取永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速、定子電流和定子電壓并生成第二控制信號，具體包括：

24、獲取永磁同步電機的轉(zhuǎn)速，通過最大風能跟蹤算法計算出電磁功率參考值；

25、獲取永磁同步電機的定子電流，通過clark-park變換得到d軸電流和q軸電流；

26、獲取永磁同步電機的定子電壓，通過clark-park變換得到d軸電壓和q軸電壓；

27、將所述電磁功率參考值除以轉(zhuǎn)速，得到電磁轉(zhuǎn)矩參考值；

28、將所述電磁轉(zhuǎn)矩參考值送入轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，得到q軸電流參考值；

29、將q軸電流參考值與q軸電流作差后送入電流環(huán)pi調(diào)節(jié)器，得到永磁同步電機的補償前q軸電壓參考值；

30、將d軸電流參考值與d軸電流作差后送入電流環(huán)pi調(diào)節(jié)器，得到永磁同步電機的補償前d軸電壓參考值；

31、將補償前q軸電壓參考值加上q軸電壓補償值得到q軸參考電壓；

32、將補償前d軸電壓參考值加上d軸電壓補償值得到d軸參考電壓；

33、將d軸電壓參考值和q軸電壓參考值通過反park變換和svpwm算法得到第二控制信號。

34、進一步地，所述獲取dc/dc變流器輸入側(cè)電壓和輸入側(cè)電流并生成第三控制信號，具體包括：

35、獲取dc/dc變流器的輸入電壓，將設定的直流電壓參考值與輸入電壓作差后送入pi調(diào)節(jié)器，得到輸入電流參考值；

36、獲取dc/dc變流器的輸入電流，將輸入電流參考值與輸入電流作差后送入pi調(diào)節(jié)器，得到dc/dc變換器的開關(guān)頻率補償值；

37、將開關(guān)頻率基準值與所述開關(guān)頻率補償值作差，得到dc/dc變換器的開關(guān)頻率參考值；

38、將所述開關(guān)頻率參考值通過pwm算法處理得到第三控制信號。

39、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為：

40、1)建立的基于llc諧振變換器的海上直流風電機組模型可以用于載荷、功率曲線、電能質(zhì)量、功率控制、電網(wǎng)適應性與低電壓穿越性能分析與評估，為基于llc諧振變換器的海上直流風電機組接入電網(wǎng)穩(wěn)定分析提供了重要的技術(shù)手段。

41、2)具備通用性，容易擴展應用到各種與電網(wǎng)之間通過電力電子裝置接口的發(fā)電系統(tǒng)，以及正在快速發(fā)展中、不斷涌現(xiàn)的新型電力電子接口新能源發(fā)電系統(tǒng)，應用前景廣闊。

42、下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，其特征在于，步驟1中，基于電力系統(tǒng)仿真軟件建立海上直流風電機組氣動機械模型，所述海上直流風電機組氣動機械模型包括：風速模型、風力機模型、傳動鏈模型和變槳模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，其特征在于，步驟2中，基于電力系統(tǒng)仿真軟件建立海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型，所述海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型還包括：發(fā)電機模型和ac/dc變流器模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，其特征在于，所述發(fā)電機模型采用永磁同步電機，所述ac/dc變流器模型采用三相可控整流電路。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，其特征在于，步驟3中，基于電力系統(tǒng)仿真軟件建立海上直流風電機組控制器模型，所述海上直流風電機組控制器模型包括：槳距角控制器模型、ac/dc變流器控制器模型和dc/dc變流器控制器模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，其特征在于，步驟4中，基于電力系統(tǒng)仿真軟件建立外部直流電網(wǎng)模型，所述外部直流電網(wǎng)模型采用直流電壓源串聯(lián)電阻的形式表示。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項所述的基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，其特征在于，所述海上直流風電機組控制器模型將控制信號傳遞給所述海上直流風電機組氣動機械模型和海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型，具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，其特征在于，所述獲取永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速并生成第一控制信號，具體包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，其特征在于，所述獲取永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速、定子電流和定子電壓并生成第二控制信號，具體包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于llc諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，其特征在于，所述獲取dc/dc變流器輸入側(cè)電壓和輸入側(cè)電流并生成第三控制信號，具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于LLC諧振變換器的海上直流風電機組建模方法，包括以下步驟：建立海上直流風電機組氣動機械模型；建立海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型，包括DC/DC變流器模型，所述DC/DC變流器模型采用LLC諧振變換器；建立海上直流風電機組控制器模型；建立外部直流電網(wǎng)模型。海上直流風電機組控制器模型將控制信號傳遞給海上直流風電機組氣動機械模型和海上直流風電機組發(fā)電機變流器模型。本發(fā)明可以建立反映實際運行特性的基于LLC諧振變換器的海上直流風電機組電磁暫態(tài)仿真模型，為海上風電接入電網(wǎng)的仿真計算提供可靠的模型基礎。

技術(shù)研發(fā)人員：趙大偉,寧宇杰,陳怡靜,李春華,陳載宇,殷明慧,楊飛
受保護的技術(shù)使用者：南京理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30