[发明专利]一种基于单机等值与选择模态分析的风电场等值建模方法

说明书

本发明公开了一种基于单机等值与选择模态分析的风电场等值建模方法，所述方法为将风电场中的一台以上双馈风机进行单机等效聚合为一台双馈风机；对风电场双馈风机动态数学模型建模得到全阶数学模；将全阶数学模型等值为聚合模型；然后通过选择模态分析的降阶方法对此等值双馈风机进行降阶；解决了现有技术针对风电场的动态等值方法，对于风机并网系统的稳定性研究，具有一些局限性，存在无法保证变量的物理含义不发生改变；只使用单机等效聚合方法系统阶数可能还是过高导致计算效率低下等技术问题。

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于单机等值与选择模态分析的风电场等值建模方法。

背景技术

由于近几十年全球能源消耗稳步增长导致的能源紧缺问题与环境污染问题日益严重，新能源发电尤其是风力发电受到越来越多的重视，在电力系统中也扮演着越来越重要的角色。由于风能的随机性以及接入电网的不确定性，对于风机接入电网的稳定性研究逐渐成为焦点。为研究风电场并网的动态特性，对风电场进行合理的建模具有重要意义。风电场的动态等值方法，根据是否保留单机结构，主要分为两种：一种是聚合方法，另一种是降阶方法。这些对于风机并网系统的稳定性研究，具有一些局限性，存在无法保证变量的物理含义不发生改变；只使用单机等效聚合方法系统阶数可能还是过高导致计算效率低下等技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于单机等值与选择模态分析的风电场等值建模方法，以解决风电场的动态等值方法，对于风机并网系统的稳定性研究，具有一些局限性，存在无法保证变量的物理含义不发生改变；只使用单机等效聚合方法系统阶数可能还是过高导致计算效率低下等技术问题。

本发明的技术方案是：

所述方法为将风电场中的一台以上双馈风机进行单机等效聚合为一台双馈风机；对风电场双馈风机动态数学模型建模得到全阶数学模；将全阶数学模型等值为聚合模型；然后通过选择模态分析的降阶方法对此等值双馈风机进行降阶。

所述风电场双馈风机动态数学模型建模包括传动系统模型、发电机模型、换流器模型以及外部网络模型；

其中风轮机的模型为风能与机械能之间的传递关系为：

式中，P_t是风轮机输出的机械功率，单位为kW；λ是叶尖速比，θ是螺距角；v_wind是风速，单位是m/s；C_p是无量纲的风能利用系数； A_wt是叶片扫掠的面积，单位是m²；ρ是空气密度，单位为kg/m³；

传动系统减缓为单质量块模型，单质量块模型的动态方程为

式中：ω_s、ω_r分别为发电机同步转速和转子转速。H_D为风轮机惯性时间常数，T_m为机械转矩，T_e为发电机电气转矩，E′_qD与E′_dD分别是q 轴和d轴的暂态转子电压,I_qs与I_ds分别是发电机定子侧的q轴电流和 d轴电流；

发电机采用两轴模型，采用q轴超前d轴90°的dq坐标系，并在该坐标系下定义如下变量：

式中T′₀为暂态开路时间常数；R_r为转子电阻；X′_s为暂态电抗；X_m为定子与转子之间的互阻抗；X_s为定子电抗；X_r为转子电抗；ψ_dr为转子d轴磁链；ψ_qr为转子q轴磁链；ω_s为同步转速。