[发明专利]一种含双馈风电机组的大型风电场动态等值方法

说明书

技术领域

本发明属于电力仿真建模领域，具体涉及一种含双馈风电机组的大型风电场集中接入电网的动态等值方法。

背景技术

近年来，风力发电得到迅猛发展。随着越来越多的大型风电场开始接入电网，必须对大型风电场接入电网所带来的影响开展深入研究。风电场中风电机组数目众多，如果对每台机组分别进行详细建模，则微分方程的个数将会显著增加，仿真时间就会过长；而对风电场进行动态等值可显著减少模型的阶数和仿真时间，同时能够正确反映风电场对系统的影响。文献一《一种大规模风电集中接入电网的风电场等值建模方法》（专利申请公布号：CN 101882167 A）提出了适合鼠笼式异步风电机组的动态等值方法；与鼠笼式异步风电机组相比，双馈风电机组具有显著的优良特性，如有功功率和无功功率的解耦控制等，从而得到越来越广泛的应用；本文主要研究双馈风电机组的动态等值问题。最常用的等值方法是将输入风速相近的风机等值在一起；但是在实现该方法时必须解决两个问题：其一是如何对输入风速的相近性进行量化；其二是如何计算输入等值机的输入风速。文献二《Equivalent Models of Wind Farms by Using Aggregated Wind Turbines and Equivalent Winds》（Engergy Conversion and Management 2009年3月号第50卷第3期第691页）提出通过等值风速法来解决这两个问题：将所有风机等值为一台机，从而避免了风速的划分问题，并通过风机的风功率曲线计算出输入等值机的等值风速。

文献二的等值风速法简单地将所有风机等值在一起，并没有对输入风速的相近性进行量化，这将导致动态等值计算的结果无法满足工程应用的要求，具体原因如下。图1所示为双馈风电机组典型的风功率曲线（文献三《PSD-BPA暂态稳定程序用户手册》中国电力科学研究院2007）；图中                                                和分别表示风机的切入风速和切出风速，是风电机组的额定风速， 是风电机组的额定有功出力；和之间曲线代表风机的最大功率跟踪特性，而当风速高于时，风机将通过调节桨矩角把输出功率限制在额定功率值。

由图1可知：当在输入风速高于额定风速和输入风速低于额定风速的两种不同情况下，风机具有完全不同的动态响应和控制特性，如果把处于这两种不同情况下的风机等值在一起将会造成大的偏差；另一方面，如果两台风机的输入风速的平均值比较接近，但是如果其中一台的输入风速的瞬时值与其平均值偏差很大，而另一台的输入风速的瞬时值与其平均值偏差很小，则将它们等值在一起也会造成大的偏差。所以在等值计算时必须首先对输入风速的相近性进行量化，否则等值后的模型将无法正确反应风电场对系统的影响。

发明内容

对于含双馈风电机组的大型风电场集中接入电网的动态等值问题，本发明针对现有技术的不足（没有充分考虑风机输入风速对等值计算的影响），提出了新的解决方案：首先根据输入风速的特性对风机进行分群，而同群的机组将被等值为一台机；之后将计算输入等值机的等值风速。其中的基本假设为：

（1） 风电场中所有风电机组均为同型号的双馈风电机组；

（2）在研究大型风电场集中接入电网的动态等值问题时，忽略风电场内部各机组与并网点电气接线之间的差异（文献二）。

本发明所提的解决方案如图2所示，其中包括如下具体步骤：

a 读入各风机的输入数据，包括：

（1） 风机的模型参数；

（2） 风机的输入风速；

（3） 风机的风功率特性；

（4） 所研究的扰动信息：风速扰动或电气故障等；

b 根据各风机输入风速的特性对风机进行分群，同群的风机被等值在一起，计算等值机的输入风速；

c 输出风电场动态等值的计算结果，包括：

（1） 风机的分群信息；

（2） 等值机的模型参数；

（3） 等值机的输入风速曲线。

步骤b中的算法包括以下内容：

（1）对风机进行分群，将型号相同且风速相近的风机定义为一群，其中包含如下内容：

<1>计算每一风机的输入风速的平均值和方差

输入风速平均值的计算公式如式（1）：

                           (1)                  

其中，是仿真的开始时刻，是仿真的结束时刻，是t时刻的风速值，和之间共有n+1个仿真时刻。