[发明专利]故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法

说明书

本发明提供一种故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法，所述模型建立方法包括：(1)将风电场内同一集电线路上具有相似故障电磁暂态信息的风电机组划做同群(2)将同群风电机组等值分解为静态频率相关网络等值模型部分和动态低频等值模型部分(3)建立永磁直驱风电场电磁暂态等值模型。本发明所提永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法具有实现简单方便、仿真计算时间短且故障暂态过程模拟准确等优点。

技术领域

本发明属于新能源电源建模技术领域，尤其涉及一种故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法。

背景技术

风电在我国区域电网中所占比例的持续增加，使得所接电网故障特性将发生根本性改变，现有继电保护技术不再适用。尽管目前相关问题已引起了电力企业及相关科研院所的广泛关注，但是由于风电场故障特性依赖于电力电子变换器控制策略且这些控制策略未知，导致风电场故障分析等值计算模型未知，所接电网现有保护适应性分析及保护新原理研究缺乏理论支撑。在实际电网保护配置中，通常忽略风电场的影响，即将风电场视为负荷处理。

事实上，相比于同步发电机，风电场故障暂态过程非常复杂，不仅包含场内不同位置处几十台甚至上百台单元风力发电机的电磁过渡过程，还包含大量电力电子变换器所用不同控制与保护回路之间的相互切换过程。这造成常规电压源串联阻抗的同步发电机故障分析模型并不适用于风电场，在电网保护研究中风电场究竟该如何等值处理是目前目前电力系统领域面临的核心瓶颈问题。

然而，对于当前主流的永磁直驱风电机组来说，为不失真地模拟其并网用电力电子器件变换器的故障响应过程，需微秒级的数值仿真步长。因此，对于整个风电场而言，若通过逐一地建立场内几十台甚至上百台单元机组的详细故障暂态仿真模型，利用现有的仿真软件模拟其故障暂态过程(持续时间短，关注秒级故障电气量)，所需数据运算量相当巨大，极易出现计算资源不足等问题。因此，决定风电场故障暂态过程仿真结果真实准确与否的关键要素是：风电场 内单元机组究竟该如何分群并等值。

发明内容

本发明提出一种故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法，以等值前后故障电流波形一致为基本约束条件，实现对风电场内机组进行分群，在此基础上将同群风电机组等值分解为静态频率相关的网络等值模型部分和动态低频等值模型部分，进一步建立以集电线路上风电机组群为基本单元的风电场的多机等值方案。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法，所述模型建立方法包括：

(1)将风电场内同一集电线路上具有相似故障电磁暂态信息的风电机组划做同群；

(2)将同群风电机组等值分解为静态频率相关网络等值模型部分和动态低频等值模型部分；

(3)建立永磁直驱风电场电磁暂态等值模型。

优选的，所述静态频率相关网络等值模型部分包括集电线路及其上所有风电机组群的主电路部分；

所述动态低频等值模型部分包括网侧变换器主电路部分及相关测量单元、功率控制单元、电流控制单元和锁相环节。该部分模型及相关参数通常可由风电机组厂商提供。

进一步的，所述静态频率相关网络等值模型部分建立方法包括：

1)将待等值的某一条集电线路从电网中断开，同时闭锁集电线路上所有风电机组的网侧变换器；

2)向集电系统中注入由一系列单位幅值、频率取值范围均在0～50kHz的正弦信号组成的电流源；

3)监测集电线路上电流源出口处电压，同时利用傅立叶算法分析并提取该电压量中所有与电流源同频率的分量；

4)拟合所提取的电压分量和相应电流源频率分量的比值。