[发明专利]大规模风电场中多风力发电机组建模方法

说明书

一种大规模风电场中多风力发电机组建模方法，包括以下步骤：1、构建风力发电机组风力机模型；2、构建风力发电机组轴系模型；3、构建风力发电机组发电机模型；4、构建风力发电机组变流器控制模型；5、构建风力发电机组最大功率点跟踪控制模型。本发明适用于大规模多机组风电场的仿真研究，缩短仿真耗时，提高仿真速度。它简化了轴系模型、变流器模型和控制系统模型，将电磁暂态模型中惯性常数较小的部分忽略，变流器等效为受控电流源，建立了永磁直驱和双馈风机的简化模型，使单台风力发电机组电磁暂态仿真模型简化，在外界风速恒定和变动工况下，均能与对应的详细电磁暂态模型响应特性保持较高的一致性。

技术领域

本发明属于电磁暂态仿真在风力发电研究中的应用领域，尤其涉及一种大规模风电场中多风力发电机组建模方法。

背景技术

随着能源和环境问题变得愈发严峻，风能由于其具有技术和成本优势，因此在电力系统中得到了广泛应用。电磁暂态仿真是研究大规模交直流系统响应特性的重要工具，目前针对于风力发电系统的主要研究对象是电磁暂态模型，包括风力机、传动轴系、发电机、变流器和控制系统模型等部分。对于仿真研究，建立详细的电磁暂态仿真模型以全面地观察单台风电机组响应特性是可行的，而一个大规模风电场通常拥有十几台甚至上百台风电机组，传统电磁暂态仿真计算通常采用微秒级别的仿真步长，当系统仿真模型规模较大时，计算速度则会明显降低，甚至会无法运行。建立数量众多的电磁暂态模型将使系统仿真模型复杂化，因此不适合应用在大规模风电场暂态稳定性研究方面，需要探索一种新的仿真建模方法，应用于大规模风电场中多风力发电机组系统的研究，使大规模风电场电磁暂态更加高效快速。

大规模风电场中多风力发电机组建模方法有多种：如现代电力，第33卷第2期出版的《基于PSCAD的双馈风电机组暂态等值模型研究》，该技术保留了DFIG详细模型中的风力机模型、轴系模型以及发电机模型，采用两组独立可控电流源及其对应配套控制策略。还有，中国电机工程学报，第32卷第1期出版的《潮流计算和机电暂态仿真中风光储联合发电系统的实用等值方法》，该技术将模型等效为适用于电力系统暂态稳定分析计算的风力发电机模型。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种缩短仿真耗时、提高仿真速度的大规模风电场中多风力发电机组建模方法，用于大型风力发电系统电磁暂态研究。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种大规模风电场中多风力发电机组建模方法，包括以下步骤：

步骤1、构建风力发电机组风力机模型；

步骤2、构建风力发电机组轴系模型；

步骤3、构建风力发电机组发电机模型；

步骤4、构建风力发电机组变流器控制模型；

步骤5、构建风力发电机组最大功率点跟踪控制模型。

所述步骤1中，风力发电机组风力机模型包括风速模型、风力机气动特性模型；风速模型包括恒定风模型和阵风模型；其中恒定风模型表达式如下：

式中，V_mean为恒定风速值，t为时间变量，T_start1为恒定风开始时间，T_end1为恒定风结束时间。

阵风模型表达式如下：

式中，V_min为阵风起始风速，V_max为阵风阶跃后风速，t为时间变量，T_start2为阵风开始时间，T_change为阵风阶跃时间，T_end2为阵风结束时间。

风力机气动特性模型为现有技术，风力机输出机械能P_t与风速V_w之间关系如下：