[发明专利]大型双馈风电场次同步振荡仿真建模方法

说明书

本发明属于大型双馈风电场的仿真建模技术领域，尤其涉及一种大型双馈风电场次同步振荡仿真建模方法，包括：建立双馈风电机组电气系统模型；对双馈风电机组单台机组电气参数基准值进行计算；对双馈风电场等值机电气参数基准值进行计算；对同一风电场内的n台风电机组等值为一台等值机，对等值机组一次系统的电气参数有名值进行计算；对等值机控制系统参数进行计算，得到各电气参数和控制器参数，建立仿真系统，形成风电场等值机模型。本发明所建立的等值机组仿真模型，大幅度降低了仿真模型的复杂程度，并且稳态特性和次同步振荡特性与原有大型风电场的仿真模型完全一致。

技术领域

本发明属于大型双馈风电场的仿真建模技术领域，尤其涉及一种大型双馈风电场次同步振荡仿真建模方法。

背景技术

风电是目前技术成熟，具有规模化开发条件和商业化发展前景的新能源。通常风电场大多位置偏远，即风能资源集聚地与负荷中心呈现逆向分布，并且并网点短路比随风电机组并网容量的增加而降低，形成弱交流系统并网方式。大规模风电场常采用高压直流输电技术或串联补偿技术实现远距离外送。然而，风电场弱交流系统并网，以及采用高压直流输电或串联补偿技术实现外送，均有可能导致次同步振荡风险。如：2009年，美国德克萨斯州的345kV输电系统中一条输电线路因故障被切除，造成外送线路的串补度由50％提高至75％，导致双馈风电场电压电流均出现次同步谐振，电流超过额定值的两倍，引起大量风机的Crowbar损坏。2011年加拿大Buffalo-Ridge地区的双馈风机风电场串补系统出现了9～13Hz的次同步谐振。2012年，中国华北地区某大型风电场多次出现了6～8Hz的次同步振荡。大规模风电场接入电网发生次同步振荡，可能引发大量机组脱网、保护损毁甚至激发临近汽轮发电机轴系扭振，若不及时处理，将对风电场、电网公司造成巨大经济损失，甚至恶化成大范围稳定事故，危及电网安全稳定运行。

大型风电场相关的次同步振荡是理论研究和工程实践面临的重要问题。适用于大型风电场并网系统次同步振荡问题的分析方法主要包括频率扫描分析法、特征根分析法、复转矩系数法、时域仿真法、阻抗分析法以及幅相运动分析法等。其中，时域仿真方法是研究次同步振荡的重要手段。该方法通过建立包含风力发电机组、电力电子装置及电网元件的等值模型，在电磁暂态仿真软件中用数值积分方法求解并网系统动态特性的微分方程组，得到系统中变量随时间变化的响应曲线，从而分析系统动态特性的方法。时域仿真可以模拟元件从几百纳秒至几秒之间的电磁暂态及机电暂态过程，仿真过程不仅可以考虑风电机组、电力电子装置的控制特性，电网元件(如避雷器、变压器、电抗器等)的非线性特性，输电线路分布参数特性和参数的频率特性，还可以进行线路开关操作和各种故障类型模拟。因此，建立风电场精细化的、能够体现次同步振荡特性的电磁暂态仿真模型对于开展大规模风电场的次同步振荡研究具有重要意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种大型双馈风电场次同步振荡仿真建模方法，包括：

步骤1：建立双馈风电机组电气系统模型；

步骤2：对双馈风电机组单台机组电气参数基准值进行计算；

步骤3：对双馈风电场等值机电气参数基准值进行计算；

步骤4：对同一风电场内的n台风电机组等值为一台等值机，对等值机组一次系统的电气参数有名值进行计算；

步骤5：对等值机控制系统参数进行计算，得到各电气参数和控制器参数，建立仿真系统，形成风电场等值机模型。

所述双馈风电机组电气系统模型包括：风力机、异步发电机、转子侧变流器、直流电容、网侧变流器、网测滤波电感；其中，异步发电机定子直接挂电网，转子通过背靠背双PWM变流器与电网相连，双PWM变流器由转子侧变流器和网侧变流器组成，可实现能量双向流动。

所述转子侧变流器通过给异步发电机转子施加频率随转速变化的励磁电压来保证发电机处于变速恒频运行状态，通过定子电压定向的dq轴解耦控制实现定子输出有功无功的解耦控制。