[发明专利]兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电场动态等值技术领域，尤其涉及一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法。

背景技术

随着大型、超大型风电场或场群持续不断的接入电网，风电已成为电力系统的重要组成部分。考虑风电的随机性，波动性将显著影响电力系统的动、暂态稳定性，且异步运行的风电机组需要从电网侧吸收一定无功功率以建立磁场，因此当风电场并网点发生故障时，系统侧无功功率将会出现大幅缺额，乃至造成全网电压崩溃。由此使得风电场对电网的安全运行存在较大影响，研究风电场的动态等值建模方法意义重大。

在电力系统分析工具中对每台风电机组进行详细建模，不仅模型复杂、计算量大，仿真速度也会受到较大影响，甚至还需对风机模型进行修正。为正确分析风电场与电力系统的相互影响，需要有一种合适的动态等值建模方法。目前风电场动态等值建模方法研究可概括为以下两类：

第一类是单机等值法，即整个风电场等值为一台机组，包括等值风速法、基于风速差异性的等值法等。其中，等值风速法原理简单，易于操作，但由于风电机组的输入转矩与风速的三次方有关，该方法仅适用于风速差异较小的风电场。对于规模较大、地形复杂的风电场，其分散性较大，风机处于不同运行点，在电网侧故障情况下不同运行点的风机轴系动态特性不同，单机模型难以准确反映整个风电场动态特性，而基于风速差异性等值法充分考虑了风能的分散性，适用于风速差异性较明显的风电场。但风电机组的运行点不能用风速唯一表征，且随风速的变化机组分群也会变化，此外，分群数亦会随着风速差异性的增大而增加。

第二类是多机等值法，该类方法首先将机组以合适的分群标准进行分群，然后将同群机组等值为一台机组，以此使整个风电场可等值为几台机组，基于滑差同调的等值法即为多机等值法。基于滑差同调的等值法适合在含有多种风机的风电场，通常属于同一种类风力发电机的特征值是相等或相近的，可以被聚合为一台等值机。但该方法忽略了风速的分散性，在地形复杂、规模较大的风电场中应用时准确性会受到影响。

不难发现，上述等值建模方法的使用范围较为单一，难以用在工况复杂的风电场建模中，受限的主要原因是机组分群标准比较单一，甚至不分群，使得等值时难以保留风电场完整的动态特性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，该方法在充分考虑风电场分散特性与场内机组特性差异两方面因素基础上，提出了一种含有上述两方面因素的分群标准，并以此分群标准为基础，提出了改进的风电场动态等值建模方法，可以在保证等值机台数最小可控的前提下，实现对实际风电场运行状况(动态行为)最大程度的真实反应。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，包括以下步骤：

(1)根据风电场分散特性与场内风电机组差异特性两种因素，确定风电场机组分群标准；

(2)按上述分群标准，分别将风电场机组分成不同的机群；

(3)根据风电场机组所述机群的不同，分别采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模；

(4)对等值模型进行等值机参数辨识，并对风电场内部电网阻抗进行等值，得到风电场的动态等值模型，实时反映风电场的实际运行状况。

所述步骤(1)中的风电场机组分群标准包括:

1)计及风电场地形多样性以及分散性的分群准则：根据风电场的地理地形分布，将风电场分为平地机群、坡地机群类型；

2)计及场内机组特性差异的分群准则：根据风电场内机组的实际构成情况，按不同机组特性或不同机组类别，对风电场进行相应的群等值。

所述步骤(3)中采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模的方法具体为：

对于平地机群，采用Jensen尾流模型，并利用同调等值聚合方法对机组进行建模，在平坦地形条件下尾流对风速的影响如下式所示：

式中，V₀，V_x分别为初始风速和受尾流影响的风速，R为风机叶轮半径，X是沿着风速方向两台风机间距离，C_T是风电机组的推力系数，k为尾流下降系数。

所述步骤(2)中采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模的方法具体为：

对于坡地机群，受到高度变化影响，风速存在垂直切量变化，采用适用于复杂地形条件下的Lissaman模型，其尾流对风速的影响如下式所示：