基于簡化模型的雙饋機組風電場動態(tài)等值建模系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及風電場等值建模技術領域，具體涉及一種基于簡化模型的雙饋機組風 電場動態(tài)等值建模系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著風電技術的快速發(fā)展，大型風電場以及風電場群已經形成。與火力發(fā)電、水力 發(fā)電等常規(guī)發(fā)電相比，風力發(fā)電的一次能源具有很大的隨機波動性，而且其控制方式和動 態(tài)響應也有很大區(qū)別。大規(guī)模風電接入電網時，對電網規(guī)劃、電能質量及電網安全穩(wěn)定運行 可能產生不利影響。
[0003] 因此，國內外越來越多的電網公司對于接入電網的大型風電場也提出更高的要 求，例如：有功功率控制能力、無功電壓調整能力及風電機組的故障穿越能力等。研究風電 并網的穩(wěn)定性以及電能質量等問題時，就需要建立風力發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)模型。由于耦合了 空氣動力系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制和保護系統(tǒng)等多種物理系統(tǒng)的動態(tài)過程，利用解 析方法研究風電機組的動態(tài)特性十分困難，因此，目前大多采用仿真研究的方法，這也是最 有效最容易實現(xiàn)的。
[0004] 在風電場并網系統(tǒng)的仿真建模中，也有學者主要考慮其如輸出功率、輸出電流和 并網點電壓等輸出特性的等效性，將風電場等值為一個節(jié)點，將整個風電場等值為一個節(jié) 點，相當于一個黑匣子，如此不能反映風電場內部甚至機組內容的電氣特性。但是，針對不 同的研究目的，有時需要研究風電場內部或者機組內部的特性時，需要詳細的建模。然而， 若對每臺風電機組進行詳細建模將增加模型的復雜度，并且計算時間長、占用內存大，也是 沒有必要的。因此，風電場等值建模方法的研究已成為當前熱點。
[0005] 國內外學者提出了各種對風電并網系統(tǒng)動態(tài)等值的方法，但是至今還缺乏理想的 等值方法?，F(xiàn)有研究中，大都是針對風電場等值中的某一個方面進行研究，而對于風電場并 入系統(tǒng)的整個等值建模各個環(huán)節(jié)的等值方法并沒有給出詳細具體的介紹，不易有針對性的 進行系統(tǒng)建模研究。

【發(fā)明內容】

[0006] (一）要解決的技術問題
[0007] 本發(fā)明針對上述問題，研究了一種既能反映風電場內部機組之間的聯(lián)系又能反映 機組內部特性的風電機組建模簡化方法，并在此基礎上提出風電場等值的一般步驟和關鍵 技術。針對傳統(tǒng)的風電機組建模計算時間長、占用內存大的特點，本文提出了一種計算效率 高且能全面正確反映機組運行特性的簡化方法。傳統(tǒng)的風電機組模型中，對變流器進行了 詳細建模，包括機側變流器與網側變流器。雙饋機組最關鍵的控制環(huán)節(jié)是變流器的控制，分 為機側變流器控制和網側變流器控制兩部分。機側變流器的控制對象是雙饋異步發(fā)電機， 目標是實現(xiàn)雙饋風電機組最大風能追蹤以及功率因數的控制。由最大風能追蹤計算得到 的有功指令P/以及功率因數要求得到的無功指令經過無功解耦控制得到機側變流器 在兩相靜止坐標下的調制電壓指令，經過矢量控制技術得到機側變流器各晶閘管的脈沖信 號，經過電力電子開通關斷得到三相調制電壓。網側變流器的主要控制目標是保證恒定的 直流母線電壓和實現(xiàn)功率因數的控制。網側變流器的控制是機側變流器正常工作的前提。 本發(fā)明的一種基于簡化模型的雙饋機組風電場動態(tài)等值建模系統(tǒng)及方法，為大規(guī)模風電并 網動態(tài)仿真及其接入電力系統(tǒng)對電網影響問題的研究提供基礎條件。
[0008] (二）技術方案
[0009] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于簡化模型的雙饋機組風電場動態(tài) 等值建模系統(tǒng)及方法，所述方法分為如下步驟：
[0010] 步驟一：雙饋風電機組全階模型的簡化；
[0011] 步驟二：基于依據機組分布進行風電場機群的劃分；
[0012] 步驟三：對同群機組用一臺等值機組替代，步驟二所述的等值機組模型包括等值 風力機模型和等值發(fā)電機模型；等值機組的參數計算采用基于容量加權法的參數聚合方 法，等值風力機采用捕獲風能等效的原則進行等值，即將每個機群的等值風力機半徑為單 臺風力機半徑的石倍，其他風能利用系數、空氣密度等的選擇與單機相等；
[0013] 步驟四：計算每個機群等值機組的參數，以此實現(xiàn)利用若干臺等值機組等值整個 風場的目的。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟二具體分群方法如下：
[0015] 機組分布規(guī)則的風電場按行或者按列進行分群；
[0016] 將同一行或者同一列的風電機組群用一臺機組等值；
[0017] 機組分布受山區(qū)地形、交通條件以及農田等不可抗拒條件分布不規(guī)則的情況下按 照在集電線上的集結情況進行機組分群；
[0018] 將同一條集結線上的機組用一臺機組等值。
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟三具體計算方法包括等值發(fā)電機參數等值計算和等值風力機參 數計算。
[0020] (三）有益效果
[0021] 和現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0022] 本發(fā)明簡化了雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中的變流器模型，大大縮短了計算耗時。
[0023] 本發(fā)明利用基于同調法的機組分布區(qū)域作為分群指標，在不同地形的風電場的等 值建模均有適用性。
[0024] 本發(fā)明利用容量加權法計算等值機組的參數，是該等值方法適用于包含多種型號 雙饋機組的風電場等值。
[0025] 本發(fā)明基于捕獲風能等值的原則對風力機等值，更具有可視性。
【附圖說明】
[0026] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0027] 圖1是根據本發(fā)明一種基于簡化模型的雙饋機組風電場動態(tài)等值建模系統(tǒng)及方 法一個實施例的建模方法的實現(xiàn)步驟；
[0028] 圖2是根據本發(fā)明一種基于簡化模型的雙饋機組風電場動態(tài)等值建模系統(tǒng)及方 法一個實施例的雙饋風電機組全階模型控制框圖；
[0029] 圖3是根據本發(fā)明一種基于簡化模型的雙饋機組風電場動態(tài)等值建模系統(tǒng)及方 法一個實施例的雙饋風電機組簡化模型控制框圖；
[0030] 圖4是根據本發(fā)明一種基于簡化模型的雙饋機組風電場動態(tài)等值建模系統(tǒng)及方 法一個實施例的包含33臺雙饋風電機組風電機組的風電場詳細模型；
[0031] 圖5是根據本發(fā)明一種基于簡化模型的雙饋機組風電場動態(tài)等值建模系統(tǒng)及方 法一個實施例的包含3臺雙饋風電機組等值風電機組的風電場等值模型。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合說明書附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以 下實施例僅用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0033] 本發(fā)明是通過以下技術方案解決以上技術問題的：
[0034] 針對傳統(tǒng)的風電機組建模計算時間長、占用內存大的特點，本文提出了一種計算 效率高且能全面正確反映機組運行特性的簡化方法。傳統(tǒng)的風電機組模型中，對變流器進 行了詳細建模，包括機側變流器與網側變流器。雙饋機組最關鍵的控制環(huán)節(jié)是變流器的控 制，分為機側變流器控制和網側變流器控制兩部分。機側變流器的控制對象是雙饋異步發(fā) 電機，目標是實現(xiàn)雙饋風電機組最大風能追蹤以及功率因數的控制。由最大風能追蹤計算 得到的有功指令P/以及功率因數要求得到的無功指令0^經過無功解耦控制得到機側變 流器在兩相靜止坐標下的調制電壓指令，經過矢量控制技術得到機側變流器各晶閘管的脈 沖信號，經過電力電子開通關斷得到三相調制電壓。網側變流器的主要控制目標是保證恒 定的直流母線電壓和實現(xiàn)功率因數的控制。網側變流器的控制是機側變流器正常工作的前 提。
[0035] -種基于簡化模型的雙饋機組風電場動態(tài)等值建模方法，包括以下幾方面：
[0036] 雙饋風電機組全階模型的簡化；
[0037] 基于同調等值法依據機組分布進行風電場機群的劃分；
[0038] 對同群機組用一臺等值機組替代；
[0039] 計算每個機群等值機組的參數，以此實現(xiàn)利用若干臺等值機組等值整個風場的目 的。
[0040] 一種基于簡化模型的雙饋機組風電場動態(tài)等值建模方法，包括以下步驟：
[0041] 步驟一：雙饋風電機組全階模型的簡化。
[0042] 具體簡化方法如下：
[0043] 雙饋機組最關鍵的控制環(huán)節(jié)是變流器的控制，分為機側變流器控制和網側變流器 控制兩部分。機側變流器的控制對象是雙饋異步發(fā)電機，目標是實現(xiàn)雙饋風電機組最大風 能追蹤以及功率因數的控制。由最大風能追蹤計算得到的有功指令€以及功率因數要求得 到的無功指令C經過無功解耦控制得到機側變流器在兩相靜止坐標下的調制電壓指令， 經過矢量控制技術得到機側變流器各晶閘管的脈沖信號，經過電力電子開通關斷得到三相 調制電壓。網側變流器的主要控制目標是保證恒定的直流母線電壓和實現(xiàn)功率因數的控 制。網側變流器的控制是機側變流器正常工作的前提。
[0044] 所述全階模型的簡化即將轉子三相電壓指令值用可控電壓源模擬，省去了控制變 流器電力電子開關的過程，大大簡化了模型的復雜程度。
[0045] 步驟二：基于依據機組分布進行風電場機群的劃分。
[0046] 具體分群方法如下：
[0047] 本發(fā)明是基于同調等值法中的一種經典簡易的根據機組分布區(qū)域進行機組的分 群。機組分布規(guī)則的風電場可以按行或者按列進行分群，將同一行或者同一列的風電機組 群用一臺機組等值；機組分布受山區(qū)地形、交通條件以及農田等不可抗拒條件分布不規(guī)則 的情況下按照在集電線上的集結情況進行機組分群，將同一條集結線上的機組用一臺機組 等值。
[0048] 步驟三：步驟二所述的等值機組模型包括等值風力機模型和等值發(fā)電機模型。等 值機組的參數計算采用基于容量加權法的參數聚合方法，等值風力機采用捕獲風能等效的 原則進行等值，即將