考虑正负双序耦合的构网双馈风电暂态同步稳定分析方法与流程

本发明属于风力发电并网控制与暂态稳定分析，具体涉及一种考虑正负双序耦合的构网双馈风电暂态同步稳定分析方法。

背景技术：

1、随着新能源装机容量持续提升，电力系统对风电机组在弱电网和故障工况下的惯量支撑、快速电压支撑以及不脱网运行能力提出更高要求。双馈感应发电机具有变速运行灵活、变流器容量相对较小和工程应用基础成熟等特点，是风电并网系统中的重要机型。为适应低短路比和宽范围电压波动场景，双馈风电机组需要由传统跟网型控制向具备电压源外特性的构网型控制发展。

2、构网型双馈风电并网系统在不对称故障期间既要维持正序构网支撑能力，又要抑制负序磁链、负序电动势及其引起的转子侧过电流和过调制风险。该问题与项目合同中提出的双端口暂态同步耦合机理、多相序暂态稳定交互机理、暂态同步稳定边界量化以及宽范围故障深度下连续稳定运行要求相对应。

3、现有研究已从不同角度开展构网双馈风电不对称故障分析，文献[z. li, z.xie, and x. zhang. an improved strategy of grid-forming dfig based ondisturbance rejection stator flux control. ieee transactions on industrialelectronics, 2024, 71(3): 2498-2509]将不对称分量视为外部扰动，并通过扰动抑制定子磁链控制加快暂态衰减、改善同步稳定性；文献[x. chen, y. chang, and i. kocar.grid-forming control of dfig-based wind turbine generator by using internalvoltage vectors for asymmetrical fault ride-through. ieee transactions onenergy conversion, 2025, 40(3): 2562-2575]基于正负序双控制回路和内部电动势矢量分析提升不对称故障穿越能力；文献[s. zhang, b. hu, y. qiu, b. hua, d. sun,and h. nian. asymmetrical fault ride-through enhancement for dfig-based wtbased on sequence coupling analysis. ieee transactions on industrialelectronics, 2026, 73(2): 2333-2343]从序耦合角度研究双馈风电不对称故障穿越增强方法。

4、上述方法为负序电磁应力抑制和同步稳定改善提供了基础，但其重点多在固定控制结构或既定负序注入策略下提升故障穿越能力。对于构网型双馈风电机组而言，正序功角在故障期间会受到功率环和限流动态共同影响而加速变化，转子侧变流器容量又同时被正序构网支撑和负序电磁应力抑制占用；若不对该时变容量边界进行建模，就难以准确判断不同正负序分配下的暂态稳定裕度。因此，需要一种能够同时描述正序构网支撑、负序电磁应力抑制和转子侧硬件约束之间动态关系的暂态稳定边界分析方法。

技术实现思路

1、针对现有构网型双馈风电不对称故障暂态稳定分析中正序构网支撑能力与负序电磁应力抑制能力难以统一刻画的问题，本发明提供了一种考虑正负双序耦合的构网双馈风电暂态同步稳定分析方法，该方法以不对称故障期间的正序功角演化为主线，将转子侧变流器电流、电压约束以及负序锁相稳定约束统一到负序转子电流可行域中，从而获得可用于评估暂态稳定裕度的动态边界。

2、一种考虑正负双序耦合的构网双馈风电暂态同步稳定分析方法，包括如下步骤：

3、（1）在不对称电网故障下建立构网型双馈风电机组的正序暂态模型，该正序暂态模型计及转子侧变流器限流动态、正序功角变化以及定子侧与转子侧之间的磁链耦合；

4、（2）建立构网型双馈风电机组的负序暂态模型，该负序暂态模型基于转子侧变流器负序控制行为构造负序等效阻抗，并表征负序电压、负序电流与负序电动势之间的关系；

5、（3）基于所述正序暂态模型和负序暂态模型构造同时满足转子电流约束、转子电压约束和负序暂态稳定约束的负序转子电流可行域；

6、（4）将正序功角动态映射至所述负序转子电流可行域，并基于故障加速面积确定构网型双馈风电机组的暂态稳定边界和暂态稳定裕度。

7、进一步地，所述步骤（1）中正序暂态模型的表达式如下：

8、

9、

10、其中：

i

rdq+为dq坐标系下dfig(双馈感应发电机)的正序转子电流矢量，

r

g和

x

g分别为并网线路电阻和并网线路电抗，

j为虚数单位，

x

m和

x

s分别为dfig的励磁电抗和定子电抗，

k

pv为dfig转子侧变流器的电压控制器比例系数，

e

+为dfig的正序等效内电势，

u

g+为正序电网电压矢量，

k

lc为限流动态调整等效变量，

η为并网线路阻抗与定子电抗组合形成的中间变量，δ为由转子电流幅值边界推导得到的判别量，re( )表示取复数实部，

i

r+max为正序转子电流最大允许值，

e为等效内电势幅值，

u

g+为正序电网电压幅值，

δ

+为正序功角，

x

ε为并网线路电抗与定子电抗之和。

11、进一步地，所述步骤（2）中负序暂态模型的表达式如下：

12、

13、其中：

u

sdq-和

i

sdq-分别dq坐标系下dfig的负序定子电压矢量和负序定子电流矢量，

u

s-为dfig的负序定子电压幅值，

z

dfig-为构网型双馈风电机组的负序等效阻抗，

h(

z

dfig-)为用于判断负序锁相稳定性的中间函数，

u

g-为负序电网电压幅值，

rσ-和

xσ-分别为构网型双馈风电机组负序等效网络的总电阻和总电抗，

zσ-为构网型双馈风电机组负序等效网络的总阻抗幅值，

r

dfig-和

x

dfig-分别为

z

dfig-的电阻分量和电抗分量。

14、进一步地，所述负序等效阻抗

z

dfig-的表达式如下：

15、

16、其中：

k

slip为dfig的转差率，

σ为dfig的漏磁系数，

x

r分别为dfig的转子电抗，

z

rsc-为dfig转子侧变流器的负序等效阻抗且

z

rsc-=-

u

rdq-/

i

rdq-，

u

rdq-和

i

rdq-分别dq坐标系下dfig的负序转子电压矢量和负序转子电流矢量。

17、进一步地，所述步骤（3）中构造负序转子电流可行域的表达式如下：

18、

19、其中：、和分别表示转子电流约束界面、转子电压约束界面和负序暂态稳定约束界面，同时满足转子电流约束、转子电压约束和负序暂态稳定约束的负序转子电流可行域即为、和在负序转子电流空间内所围成的交集区域；

i

r+(

δ

+)和

u

r+(

δ

+)分别为正序功角

δ

+下的正序转子电流幅值和正序转子电压幅值，

i

rd-和

i

rq-分别为负序转子电流的d轴分量和q轴分量，

u

rd-和

u

rq-分别为负序转子电压的d轴分量和q轴分量，

i

rmax和

u

rmax分别为转子电流最大允许值和转子电压最大允许值。

20、进一步地，所述步骤（4）中将正序功角动态映射至所述负序转子电流可行域中以确定故障清除时刻的正序功角，进而将故障起始时刻和故障清除时刻的正序功角、有功功率指令参考线以及故障期间的正序有功功率曲线所围成的区域面积定义为故障加速面积，该故障加速面积用于量化正序暂态稳定裕度，面积越大表示故障期间正序功角加速越强，越容易越过不稳定平衡点，构网型双馈风电机组的暂态稳定裕度降低。

21、进一步地，所述步骤（4）中利用负序等效阻抗来衡量系统风险：当负序等效阻抗过小时(使得转子电流超过转子侧变流器最大容量)，dfig转子侧存在过电流风险；当负序等效阻抗过大时(使得转子电压超过转子侧变流器可调制最大电压)，dfig转子侧存在过调制风险；当负序等效阻抗的阻抗比过高时(使得负序锁相环没有稳定工作点)，负序锁相过程存在暂态失稳风险。

22、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器用于执行该计算机程序以实现上述考虑正负双序耦合的构网双馈风电暂态同步稳定分析方法。

23、一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时以实现上述考虑正负双序耦合的构网双馈风电暂态同步稳定分析方法。

24、本发明方法通过建立不对称故障下构网型双馈风电机组的正序限流动态模型和负序等效阻抗模型，构造同时满足转子电流约束、转子电压约束和负序暂态稳定约束的负序转子电流可行域，并将正序功角动态映射至该可行域，得到随功角加速过程变化的正负序耦合暂态稳定边界。该方法进一步利用故障加速面积量化正序暂态稳定裕度，揭示正序构网支撑能力与负序电磁应力抑制能力之间的容量分配冲突，为构网双馈风电不对称故障穿越和暂态稳定提升提供分析依据。同时，本发明能够将正序功角动态、负序等效阻抗、转子侧变流器容量约束和负序锁相稳定约束统一到同一分析框架中，适用于构网双馈风电不对称故障下暂态稳定边界识别，并可为后续模型预测协调控制和控制参数整定提供边界依据。