本發明屬于風電，具體涉及一種基于vm-dpc的雙饋風機阻抗建模方法、系統及介質。

背景技術：

1、雙饋風機是一種常見的風力發電設備，通過分析雙饋風機的阻抗特性可以有效評估風電并網穩定性。由于雙饋風機的動態特性主要由其控制策略主導，因而不同的控制策略會顯著影響其阻抗特性。常用的控制策略主要有電壓定向矢量控制和直接功率控制。

2、現有的雙饋風機阻抗建模及穩定性分析技術主要聚焦于電壓定向矢量控制；對直接功率控制進行阻抗分析的僅有少量研究，主要針對直接功率控制應用于變流器的場景。

3、因此，目前缺失基于直接功率控制的雙饋風機的詳細阻抗模型，無法對直接功率控制的阻抗特性和抗小擾動性能進行評估分析。

技術實現思路

1、針對現有技術的上述不足，本發明提供一種基于vm-dpc的雙饋風機阻抗建模方法、系統及介質，以解決上述技術問題。

2、第一方面，本發明提供一種基于vm-dpc的雙饋風機阻抗建模方法，包括：

3、基于感應發電機、rsc和gsc構建采用vm-dpc的雙饋風機系統，基于雙饋風機系統獲取發電機的電氣參數、運行狀態變量和機械參數；

4、在 αβ坐標系下，基于發電機的機械參數和運行狀態變量構建空氣動力學模型并獲取機械轉矩在小擾動下的機械變化信息，基于發電機的電氣參數和運行狀態變量獲取電磁轉矩在小擾動下的電磁變化信息，結合機械變化信息和電磁變化信息構建轉子轉速的小信號模型；

5、在 αβ坐標系下，基于發電機的電氣參數和運行狀態變量獲取發電機定子功率與定子電壓電流之間的動態關系，對定子功率進行線性化獲取定子功率的小信號模型，基于轉子轉速的小信號模型結合定子電壓和轉子電壓構建定轉子電壓小信號模型；基于轉子電壓控制指令值擾動結合定子功率的小信號模型和定轉子電壓的小信號模型建立rsc部分阻抗模型；

6、在 αβ坐標系下，基于電氣參數和運行狀態變量獲取gsc輸出功率與定子電壓和gsc電流之間的動態關系，通過線性化獲取gsc輸出功率的小信號模型，基于rsc和gsc的交流電壓和電流構建直流電壓方程，通過線性化獲取直流電壓的小信號模型；基于gsc電壓控制指令值擾動結合gsc輸出功率的小信號模型和直流電壓的小信號模型建立gsc部分阻抗模型；

7、綜合轉子轉速小信號模型、rsc部分阻抗模型和gsc部分阻抗模型構建在小擾動下的基于vm-dpc的雙饋風機阻抗模型。

8、在一個可選的實施方式中，基于vm-dpc的雙饋風機系統包括機械子系統和電氣子系統，所述基于vm-dpc的雙饋風機阻抗模型具體為：

9、

10、

11、其中，定子電壓的小擾動并網點電流的小擾動定子電壓小擾動的共軛并網點電流小擾動的共軛 θ= ωs t+ φs，其中 φs是基頻電壓的初相角，是基于vm-dpc的雙饋風機阻抗，、、、、是雙饋風機阻抗推導過程中產生的子阻抗，表示為：

12、

13、

14、

15、

16、

17、其中，是rsc與定子電壓相關的阻抗，是rsc與轉子轉速相關的阻抗，是轉子電壓與轉子電流相關的阻抗，是轉子電壓與轉子轉速相關的阻抗，是機械子系統阻抗的一部分，是定子電壓與轉子電流相關的阻抗，是rsc與定子電流相關的阻抗，是機械子系統阻抗的另一部分，是轉子電壓與定子電流相關的阻抗，是定子電壓與定子電流相關的阻抗，是gsc與定子電壓相關的阻抗，是gsc與gsc電流相關的阻抗，是gsc與直流電壓相關的阻抗，是直流側與gsc電壓相關的阻抗，是直流側與gsc電流相關的阻抗，是直流側與轉子電壓相關的阻抗，是直流側與轉子電流相關的阻抗，是二維單位對角矩陣，是與電網相關的阻抗。

18、在一個可選的實施方式中，轉子轉速的小信號模型具體包括：

19、構建空氣動力學模型，具體如下：

20、

21、其中，是機械轉矩， ρ是空氣密度， r是葉片長度，是平均風速，是轉矩系數， λ= r/表示葉尖速比，其中是機械角速度；

22、對于恒定風速假設下，對空氣動力學模型進行小擾動分析，得到機械轉矩小擾動與機械角速度小擾動的線性關系；

23、基于定子電流和轉子電流計算電磁轉矩，獲取電磁轉矩與定子電流和轉子電流之間的關聯公式，將關聯公式進行線性化得到電磁轉矩在小擾動下的電磁變化信息；

24、建立用于描述機械和電磁部分的動態耦合關系的傳動系統兩質量塊運動方程，將運動方程進行小信號線性化處理；

25、綜合機械轉矩小擾動與機械角速度小擾動的線性關系、電磁轉矩在小擾動下的電磁變化信息和小信號線性化處理后的運動方程，得到轉子轉速的小信號模型，具體為：

26、

27、其中，是轉子轉速的小擾動，是定子電流的小擾動，是定子電流的小擾動的共軛，是轉子電流的小擾動，是轉子電流的小擾動的共軛。

28、在一個可選的實施方式中，在建立rsc部分阻抗模型之前，基于轉子電壓控制指令值擾動結合定子功率的小信號模型建立rsc控制阻抗模型，具體包括：

29、分別對rsc控制的有功回路和無功回路進行線性化得到轉子電壓控制指令值擾動的 α軸分量和 β軸分量的表達式，基于 α軸分量和 β軸分量的表達式以復矢量形式表示轉子電壓控制指令值擾動；

30、基于雙饋風機系統結合電氣參數和運行狀態變量獲取 αβ坐標系下的定子有功功率和無功功率，并將有功功率和無功功率進行線性化得到定子功率的小信號模型；

31、基于復矢量形式表示的轉子電壓控制指令值擾動結合定子功率的小信號模型建立在二維復矢量空間中的rsc控制阻抗模型，具體如下：

32、

33、其中，是轉子電壓的小擾動，是轉子電壓的小擾動的共軛，是定子電壓的小擾動，是定子電壓的小擾動的共軛，是定子電流的小擾動，是定子電流的小擾動的共軛，是轉子轉速的小擾動。

34、在一個可選的實施方式中，基于rsc控制阻抗模型獲取定子電壓與定子電流之間的rsc部分阻抗模型，具體包括：

35、基于感應發電機主電路得到定子電壓方程和轉子電壓方程，對定子電壓方程和轉子電壓方程進行線性化后構建出定轉子電壓的小信號模型；

36、將轉子轉速的小信號模型代入rsc控制阻抗模型，并基于定轉子電壓的小信號模型消去轉子電壓電流擾動，得到定子電壓與定子電流之間的rsc部分阻抗模型：

37、。

38、在一個可選的實施方式中，建立gsc部分阻抗模型之前，基于gsc電壓控制指令值擾動結合gsc輸出功率的小信號模型gsc控制阻抗模型，具體包括：

39、分別對gsc控制的有功回路和無功回路進行線性化得到gsc電壓控制指令值擾動的 α軸分量和 β軸分量的表達式，基于 α軸分量和 β軸分量的表達式以復矢量形式表示gsc電壓控制指令值擾動；

40、基于雙饋風機系統結合電氣參數和運行狀態變量獲取 αβ坐標系下的gsc輸出有功功率和無功功率，并將有功功率和無功功率進行線性化得到gsc輸出功率的小信號模型；

41、基于復矢量形式表示的gsc電壓控制指令值擾動結合gsc輸出功率的小信號模型建立在二維復矢量空間中的gsc控制阻抗模型，具體如下：

42、

43、其中，是gsc電壓的小擾動，是gsc電壓的小擾動的共軛，是定子電壓的小擾動，是定子電壓的小擾動的共軛，是gsc電流的小擾動，是gsc電流小擾動的共軛，是直流母線電壓的小擾動。

44、在一個可選的實施方式中，直流母線連接gsc和rsc，建立gsc部分阻抗模型之前，還包括獲取直流電壓擾動的頻域模型，具體包括：

45、根據變流器交流側和直流側瞬時功率相等，基于gsc和rsc的交流電壓和電流獲取直流母線電壓方程；

46、對直流母線電壓方程在穩態運行軌跡處進行線性化，獲取 αβ坐標系下復矢量表示的直流電壓擾動的頻域模型，具體包括：

47、；

48、基于直流電壓擾動的頻域模型獲取直流側與交流側的交互影響，并基于gsc控制阻抗模型結合直流電壓擾動的頻域模型進行gsc部分阻抗模型構建。

49、在一個可選的實施方式中，基于gsc控制阻抗模型結合直流電壓擾動的頻域模型，獲取定子電壓與定子電流和gsc電流之間的gsc部分阻抗模型，具體包括：

50、基于濾波電路獲取gsc電壓與gsc電流和定子電壓之間的關系方程，并對關系方程進行線性化，得到gsc電壓擾動與定子電壓擾動在二維復矢量空間中的傳遞關系；

51、將傳遞關系和直流電壓擾動的頻域模型代入gsc控制阻抗模型中，得到定子電壓與定子電流和gsc電流之間的gsc部分阻抗模型：

52、。

53、第二方面，本發明提供一種基于vm-dpc的雙饋風機阻抗建模系統，系統實現時執行上述的基于vm-dpc的雙饋風機阻抗建模方法，系統包括：

54、系統構建模塊，基于感應發電機、rsc和gsc構建采用vm-dpc的雙饋風機系統，基于雙饋風機系統獲取發電機的電氣參數、運行狀態變量和機械參數；

55、轉子轉速的小信號模型構建模塊，在 αβ坐標系下，基于發電機的機械參數和運行狀態變量構建空氣動力學模型并獲取機械轉矩在小擾動下的機械變化信息，基于發電機的電氣參數和運行狀態變量獲取電磁轉矩在小擾動下的電磁變化信息，結合機械變化信息和電磁變化信息構建轉子轉速的小信號模型；

56、rsc部分阻抗模型構建模塊，在 αβ坐標系下，基于發電機的電氣參數和運行狀態變量獲取發電機定子功率與定子電壓電流之間的動態關系，對定子功率進行線性化獲取定子功率的小信號模型，基于轉子轉速的小信號模型結合定子電壓和轉子電壓構建定轉子電壓小信號模型；基于轉子電壓控制指令值擾動結合定子功率的小信號模型和定轉子電壓的小信號模型建立rsc部分阻抗模型；

57、gsc部分阻抗模型構建模塊，在 αβ坐標系下，基于電氣參數和運行狀態變量獲取gsc輸出功率與定子電壓和gsc電流之間的動態關系，通過線性化獲取gsc輸出功率的小信號模型，基于rsc和gsc的交流電壓和電流構建直流電壓方程，通過線性化獲取直流電壓的小信號模型；基于gsc電壓控制指令值擾動結合gsc輸出功率的小信號模型和直流電壓的小信號模型建立gsc部分阻抗模型；

58、雙饋風機阻抗模型構建模塊，綜合轉子轉速小信號模型、rsc部分阻抗模型和gsc部分阻抗模型構建在小擾動下的基于vm-dpc的雙饋風機阻抗模型。

59、第三方面，提供了一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質中存儲有指令，當其在計算機上運行時，使得計算機執行上述各方面所述的方法。

60、本發明的有益效果在于，本發明提供的基于vm-dpc的雙饋風機阻抗建模方法、系統及介質，從構建采用vm-dpc的雙饋風機系統并獲取相關參數開始，到分別建立轉子轉速小信號模型、rsc和gsc部分阻抗模型，最終綜合構建出基于vm-dpc的雙饋風機阻抗模型，能夠精確地描述雙饋風機在小擾動下的動態特性，使我們對其內部復雜的電氣和機械相互作用有更深入的理解，從而為優化風機控制策略提供了堅實的理論基礎，有助于提高雙饋風機的運行穩定性和效率，增強風電并網的可靠性。

61、此外，本發明設計原理可靠，結構簡單，具有非常廣泛的應用前景。