[发明专利]一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源发电技术领域，具体而言涉及一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法与装置。

背景技术

目前，作为清洁能源代表的风电在电网中所占的比例不断增加，风电与电网之间的相互影响也日益凸显。对于风电与电网的交互影响，目前主要依靠数字仿真来研究。由于风电场中风电机组的单机容量小、数量多，如果每台机组都采用详细模型，那么整个风电场的模型阶数将会很高，严重影响仿真分析的效率和计算的收敛性。而且，在研究风电场对电网的影响时，关注的是风电场的整体响应，因此通常将风电场等效成一台或者多台机组来进行研究。关于风电场等效建模(也称为“风电场动态等值”)的研究已有较长的历史，研究热点主要在机组的分群方法上，普遍采用对机组“先分群、后聚合”的方法来建立风电场的等效模型。

随着风电规模的日益增大，电网电压因故障发生跌落时，风电场脱网对电网安全稳定的影响愈加突出。因此，电网运营商在其风电并网运行导则中已经明确要求风电机组必须具备低电压穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)能力。现有研究中提出的双馈感应发电机(Doubly-fed Induction Generator，DFIG)的LVRT方式有：适用于非严重故障的改进矢量控制或鲁棒控制、在定子侧加装串联变换器、在转子与转子侧变流器之间加装快速短接保护装置(转子侧撬棒电路，Crowbar电路)、在变流器直流电容两端加装Chopper电路或储能电路等等。其中加装Crowbar电路的方法，由于容易实现且成本不高，在工程上应用较为普遍。

在电网故障情况下DFIG的Crowbar是否投入不但与机组的初始运行状态有关，还与其感受到的电压跌落幅度和故障持续时间有关。对于采用Crowbar的DFIG机组，Crowbar投入后转子侧变流器被闭锁，机组会从DFIG状态进入感应发电机(IG)状态，Crowbar切除后又恢复到DFIG状态，如果将Crowbar动作情况不一致的机组进行聚合则不可避免地造成显著误差。但是，现有的各种风电机组分群方法无法计及DFIG机组Crowbar的动作情况，必然会给风电场等效模型带来明显的动态误差。

发明内容

根据本发明的公开，提出一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法，通过DFIG机组Crowbar的动作区域曲线和风电场内每台机组的运行状态来判断电压跌落期间各台DFIG机组Crowbar的动作情况，并根据Crowbar动作情况对机组进行分群，最后合并同群机组获得风电场的动态等效模型，其具体步骤包括：

步骤A：通过离线仿真获得单台DFIG机组在不同运行状态下Crowbar发生动作的临界曲线，即Crowbar动作区域曲线，横坐标表示电压跌落时刻的输入风速大小，纵坐标表示机端电压跌落幅度，曲线上的每一点表示不同运行状态下Crowbar发生动作的临界点；

步骤B：以保持DFIG机组机端电压不变为原则，对集电网络进行并联化处理，以便适应任意位置上DFIG机组的聚合；

步骤C：根据电网故障时风电场并网点电压跌落情况，计算每台风电机组的机端电压跌落程度，并将每台机组的输入风速和机端电压跌落程度与Crowbar动作区域曲线进行对比，判断其Crowbar是否动作，其中，当运行点在曲线上方时，判定Crowbar发生动作，然后依据Crowbar的动作情况将所有机组分为Crowbar动作与Crowbar不动作两群；以及

步骤D：采用加权容量法合并同群DFIG机组，对同群机组的集电网络阻抗做并联处理，从而得到风电场的两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中Crowbar会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中Crowbar不会发生动作的一群机组，该两台等效机组的等效输入风速采用风速三次方加权聚合的方法求取。

根据本发明的改进，还提出一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模装置，包括：

第一单元，用于通过离线仿真获得单台DFIG机组在不同运行状态下Crowbar发生动作的临界曲线，即Crowbar动作区域曲线，其中，曲线的横坐标表示电压跌落时刻的输入风速大小，纵坐标表示机端电压跌落幅度，曲线上的每一点表示不同运行状态下Crowbar发生动作的临界点；

第二单元，用于根据保持DFIG机组机端电压不变的原则对集电网络进行并联化处理，以便适应任意位置上DFIG机组的聚合；