[发明专利]基于简化模型的双馈机组风电场动态等值建模系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电场等值建模技术领域，具体涉及一种基于简化模型的双馈机组风电场动态等值建模系统及方法。

背景技术

随着风电技术的快速发展，大型风电场以及风电场群已经形成。与火力发电、水力发电等常规发电相比，风力发电的一次能源具有很大的随机波动性，而且其控制方式和动态响应也有很大区别。大规模风电接入电网时，对电网规划、电能质量及电网安全稳定运行可能产生不利影响。

因此，国内外越来越多的电网公司对于接入电网的大型风电场也提出更高的要求，例如：有功功率控制能力、无功电压调整能力及风电机组的故障穿越能力等。研究风电并网的稳定性以及电能质量等问题时，就需要建立风力发电系统的动态模型。由于耦合了空气动力系统、机械系统、电气系统、控制和保护系统等多种物理系统的动态过程，利用解析方法研究风电机组的动态特性十分困难，因此，目前大多采用仿真研究的方法，这也是最有效最容易实现的。

在风电场并网系统的仿真建模中，也有学者主要考虑其如输出功率、输出电流和并网点电压等输出特性的等效性，将风电场等值为一个节点，将整个风电场等值为一个节点，相当于一个黑匣子，如此不能反映风电场内部甚至机组内容的电气特性。但是，针对不同的研究目的，有时需要研究风电场内部或者机组内部的特性时，需要详细的建模。然而，若对每台风电机组进行详细建模将增加模型的复杂度，并且计算时间长、占用内存大，也是没有必要的。因此，风电场等值建模方法的研究已成为当前热点。

国内外学者提出了各种对风电并网系统动态等值的方法，但是至今还缺乏理想的等值方法。现有研究中，大都是针对风电场等值中的某一个方面进行研究，而对于风电场并入系统的整个等值建模各个环节的等值方法并没有给出详细具体的介绍，不易有针对性的进行系统建模研究。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明针对上述问题，研究了一种既能反映风电场内部机组之间的联系又能反映机组内部特性的风电机组建模简化方法，并在此基础上提出风电场等值的一般步骤和关键技术。针对传统的风电机组建模计算时间长、占用内存大的特点，本文提出了一种计算效率高且能全面正确反映机组运行特性的简化方法。传统的风电机组模型中，对变流器进行了详细建模，包括机侧变流器与网侧变流器。双馈机组最关键的控制环节是变流器的控制，分为机侧变流器控制和网侧变流器控制两部分。机侧变流器的控制对象是双馈异步发电机，目标是实现双馈风电机组最大风能追踪以及功率因数的控制。由最大风能追踪计算得到的有功指令P_s^*以及功率因数要求得到的无功指令经过无功解耦控制得到机侧变流器在两相静止坐标下的调制电压指令，经过矢量控制技术得到机侧变流器各晶闸管的脉冲信号，经过电力电子开通关断得到三相调制电压。网侧变流器的主要控制目标是保证恒定的直流母线电压和实现功率因数的控制。网侧变流器的控制是机侧变流器正常工作的前提。本发明的一种基于简化模型的双馈机组风电场动态等值建模系统及方法，为大规模风电并网动态仿真及其接入电力系统对电网影响问题的研究提供基础条件。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于简化模型的双馈机组风电场动态等值建模系统及方法，所述方法分为如下步骤：

步骤一：双馈风电机组全阶模型的简化；

步骤二：基于依据机组分布进行风电场机群的划分；

步骤三：对同群机组用一台等值机组替代，步骤二所述的等值机组模型包括等值风力机模型和等值发电机模型；等值机组的参数计算采用基于容量加权法的参数聚合方法，等值风力机采用捕获风能等效的原则进行等值，即将每个机群的等值风力机半径为单台风力机半径的倍，其他风能利用系数、空气密度等的选择与单机相等；

步骤四：计算每个机群等值机组的参数，以此实现利用若干台等值机组等值整个风场的目的。

优选地，所述步骤二具体分群方法如下：

机组分布规则的风电场按行或者按列进行分群；

将同一行或者同一列的风电机组群用一台机组等值；

机组分布受山区地形、交通条件以及农田等不可抗拒条件分布不规则的情况下按照在集电线上的集结情况进行机组分群；

将同一条集结线上的机组用一台机组等值。

优选地，所述步骤三具体计算方法包括等值发电机参数等值计算和等值风力机参数计算。

(三)有益效果

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明简化了双馈风力发电系统中的变流器模型，大大缩短了计算耗时。