[发明专利]基于风电机组3种运行区域的风电场模型聚合方法

说明书

本发明提出一种基于风电机组3种运行区域的风电场模型聚合方法。具体步骤为：根据所需建模的各个风电场的中风速的分布和风机的运行特性确定风机的运行区间，根据不同风速区间的控制策略对相关风电机组聚合，通过K‑means算法将同一区间的风电机组聚合为单台机组，同时计算风电机组及其出线端变压器的等值参数。根据系统的接线方式，计算每个区间内的单台机组对公共耦合点的阻抗；在所计算的等值阻抗的基础上计算聚合后集电系统的等值阻抗；根据计算的风电机组等值参数，变压器等值参数和集电系统等值参数建立其简化模型。该发明应用于风电场次同步等值建模分析中，应用等值模型进行分析时，能减少时域仿真的计算量，缩短仿真时间，提高了分析效率。

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种基于风电机组3种运行区域的风电场模型聚 合方法。

背景技术

由于我国的风能呈现逆向分布的特点，而采用串联电容补偿输电技术是提高大规模、 远距离风电输送能力的有效措施。但是，大型风电基地通过串联电容线路输电存在次同步 振荡威胁。面对复杂的大规模电力系统，建立全系统详细电磁暂态模型进行实际工程研究， 无疑是理论上最为精确的方法。由于风机的详细数学模型是多变量的微分方程组，其求解 过程复杂。且实际的风电场中通常包含数十乃至数百台的风电机组，这使得风电场的详细 建模导致‘维数灾’的出现，影响计算分析速度和效率。

根据文献《Probabilistic Stability Analysis of Subsynchronous Resonancefor Series- Compensated DFIG-based Wind Farms》，当风电场的内的不同位置的风电机组处于不同风速 运行条件下时，由于不同的风速区间内风电机组的控制策略不相同，其对外表现出的振荡 阻尼特性亦不完全相同，其阻尼特性不能以一个统一的表达式表示，即不同的控制区间内 的机组不能较好的聚合。

据已有的参考文献《Equivalencing the collector system of a large windpower plant》提出 了集电系统功率等值的思想，通过求解集电系统所消耗的有功和无功等值出集电系统的内 部阻抗。但该文献提出的等值模型仅仅考虑了每台风电机组出线端电流相同的情况，没有 计及其电流幅值或相位不同的情况，缺乏更深程度的说明。文献《Method of equivalencing for a large wind power plant with multiple turbinerepresentation》也是通过功率等值的思路求解其 集电系统的阻抗值，但在假设风电机组出线端电压均相同的情况下，推导出线路电流不符 合实际，存在问题。

目前，还没有一种方法可以计及电流幅值和相位的同时，考虑不同风速区间风机的控 制策略不同的聚合方式。

发明内容

为了解决以上不足，本发明将提出一种基于风电机组3种运行区域的风电场模型聚合 方法。本发明提出了一种适用于不同风速运行控制区间，同时考虑机组出线端电流幅值和 相位的适用于不同风速情况下次同步研究的风电场等值聚合方法。首先确定风电场内风机 的运行特性和风电场内每台风机所捕获的风速。然后在不同风速控制区间内用K-Means聚 类方法将不同位置编号的风机聚合，确定每台机组的分组。在每个不同的分组之内，计算 相应的等值机组参数，通过功率等值方法计算求解集电系统的等值阻抗参数。最后根据所 求解出的等值相关参数和机组等值参数建立整个风电基地的简化等值模型，并同时将该模 型与实际详细模型在次同步振荡下的模态阻尼和次同步振荡频率，验证了等值模型的有效 性以及分析仿真的效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种适用于次同步研究的风电场等值建模方法，包括如下步骤：

步骤1，确定所选择的风电场内风电机组的运行特性，即功率—转速特性等，如附图2 —3所示。通过其运行特性，设定不同的聚合区间。