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面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法

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admin 发表于 2024-12-14 04:02 | 查看全部 阅读模式

文档名:面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法
摘要:海上风电的建模与仿真是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术.永磁同步发电机(PMSG)作为直驱或半直驱机型的核心元件,现有模型存在一定的局限性:商业软件提供的灰箱模型无法得知建模原理,开放程度不够,限制了风电机组应用高效电磁暂态建模算法与并行加速算法;目前常用的PMSG建模方法无法生成接口与外电路连接;PMSG是同步发电机的一种,而同步发电机有不同阶数的数学模型,现有模型不便更改.针对上述问题,该文提出阶数可选的PMSG电磁暂态等效建模方法.首先对发电机电压、磁链方程进行离散化;然后通过单步长延时消除代数环,重构PMSG模型,推导得到其诺顿等效电路并构建模型整体仿真框架;最后,在RTDS仿真平台中进行仿真分析.结果表明四阶、二阶模型在场站级仿真具有适用性,而六阶模型实现了对基准模型的多工况高度拟合,平均相对误差小于4%,能够同时满足场站级与机组内部各仿真需求.

Abstract:Modelingandsimulationofoffshorewindpoweristhekeysupportingtechnologyforbuildinganewpowersystemwithnewenergyasthemainbody.Asthecorecomponentofdirectdriveorsemi-directdrivemodels,theexistingmodelsofpermanentmagnetsynchronousgenerator(PMSG)havecertainlimitations:thegreyboxmodelprovidedbycommercialsoftwarecannotbeknownaboutthemodelingprincipleandaremanifestedininsufficientopenness,whichlimitstheapplicationofefficientelectromagnetictransientmodelingalgorithmsandparallelaccelerationalgorithmsforwindturbineunits;ThecommonlyusedPMSGmodelingmethodcannotgenerateinterfaceandexternalcircuitconnections;PMSGisakindofsynchronousgeneratorwhichhasdifferentordermathematicalmodels,andtheexistingmodelsareinconvenienttochange.Inordertosolvetheaboveproblems,thispaperproposesapermanentmagnetsynchronousgeneratorequivalentmodelwhichhasseveraladvantagescomparedtoexistingmodelsandcanbeappliedtodifferentscenarios.Onthepremiseofmeetingtheaccuracy,themodelconsiderstheadjustableorderofthemodel,andisanintegratedmodelthatcandirectlyconnectexternalcircuits.Firstly,startingfromthesynchronousmotorequation,thevoltageandfluxequationsofthegeneratorarediscretized,thenanalyzethealgebraicloopproblemingeneratorsimulation.Secondly,reconstructthePMSGmodelbyapplyingasinglestepdelaytothecouplingvariablestoeliminatethealgebraicloop.Thirdly,introduceParktransformationandusematrixblockcalculationmethodstoderiveitsNortonequivalentcircuit,completingtheconstructionofthemodel,andconductapplicabilityanalysisofthemethod.Finally,basedonthemodelingmethodproposedandtheusagemethodsofvariouscodesegmentsofthecomponenttoolCbuilderontheRTDSsimulationplatform,constructanoverallsimulationframeworkforthemodel.ThebenchmarkmodelofallcomponentsinRTDSandthetestmodelofPMSGmodelwiththreeordersarebuilt.Thenthetestofmultipleworkingconditionsiscarriedout,includingshortcircuitfaultconditionsatfourdifferentfaultpoints,smalldisturbanceconditionandwindspeedvariationconditions.Theresultsshowthatthefourthandsecondordermodelswerefoundtobeapplicableforstationlevelsimulation,buttheycannotaccuratelyreflectthecouplingcharacteristicsbetweenthegeneratorandthemachinesideconverter,aswellasbetweenthegeneratorandthewindturbine.Thesixthordermodelachievedhighfittingofthebenchmarkmodelundermultipleoperatingconditions,withanaveragerelativeerroroflessthan4%,whichcansimultaneouslymeetthesimulationneedsofbothstationlevelandinternalunits.Insummary,thispaperattemptstosolvethelimitationsofexistingPMSGmodelsfromtheaspectofsimulationmodeling.Forthesimulationofoffshorewindpower,theequivalentmodelproposedinthispapercanbeflexiblyadjustedandusedaccordingtodifferentsimulationobjectives.TheproposedmethodprovidesaPMSGmodelwhichistransparentandeasytoprograminsimulationplatformfortheapplicationofefficientelectromagnetictransientmodelingmethodsinoverallwindturbinemodelingandparallelaccelerationalgorithmsinoffshorewindpowersimulation.

作者:刘逸凡  邹明  王焱  冯谟可  许建中  贾秀芳  赵成勇Author:LiuYifan  ZouMing  WangYan  FengMoke  XuJianzhong  JiaXiufang  ZhaoChengyong
作者单位:新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学)北京102206
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(8)
分类号:TM313TM341
关键词:海上风电直驱或半直驱机型  永磁同步发电机  等效建模  阶数可选模型  
Keywords:Offshorewindpower  directdriveorsemi-directdrivewindpowersystem  permanentmagnetsynchronousgenerator(PMSG)  equivalentmodeling  modelwithadjustableorder  
机标分类号:TM743S823.3TM315
在线出版日期:2024年4月29日
基金项目:国家自然科学基金面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(8)刘逸凡  邹明  王焱  冯谟可  许建中  贾秀芳  赵成勇海上风电的建模与仿真是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术.永磁同步发电机(PMSG)作为直驱或半直驱机型的核心元件,现有模型存在一定的局限性:商业软件提供的灰箱模型无法得知建模原理,开放程度不够,限制了...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法.pdf
2024-12-14 04:02 上传
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