[发明专利]双馈风力发电机群电磁暂态同调分群方法

说明书

本发明公开了一种双馈风力发电机群电磁暂态同调分群方法，根据短路电流波形，将每台单机的上包络线轨迹划分为故障过渡和故障持续轨迹段；对于故障过渡阶段，计算所有单机两两之间InDir_in、InAng_in、InSpe_in和InLoc_in；对于故障持续轨迹段，计算所有单机两两之间InLoc_st；将上述指标分别形成两阶段结构相似度指标TSIN_in和TSIN_st，再合并得到整体相似度TSIN；然后采用层次聚类方法即可进行双馈机群电磁暂态同调机群的划分。本方法能够计及双馈风电机组的电磁暂态过程以及变流器调控作用的影响，较全面地考虑了影响短路电流轨迹的各种因素，能够保证短路电流轨迹与双馈风电机组状态的匹配程度。

技术领域

本发明涉及电力系统故障分析和风电场建模，具体指一种基于电流轨迹相似度的用于电力系统电磁暂态分析的双馈式风电机群的同调机群划分，属于电力系统分析领域。

背景技术

随着化石能源的逐渐枯竭，发展新能源发电技术已经成为人们目前满足日常能源消耗的迫切需求，风力发电是其中一种非常具有发展前景且目前正在大力建设的可再生能源。双馈风电机组是目前风电发电的主流机型之一，在装机容量和发电量方面都有着绝对优势。双馈风电机组采用异步发电机和具有快速调控能力的电力电子器件，是一种与同步发电机异构的电源形态，在电网故障冲击下的能量转换机理、调控模式、暂态响应速度等方面，均表现出与同步发电机很大的差异。

电力系统故障保护与安全控制依赖于对故障状态的准确分析和计算。与传统电源发电厂不同，风电场一般由几十甚至几百台小容量机组构成。双馈风电机组的暂态行为与机端电压密切相关，双馈式风电机群中各机组初始风速不同以及与故障点电气距离的不等，会造成各机组的暂态输出存在差异。特别是在转子保护未动作时，双馈风电机组的高阶闭环励磁控制可能使得各机组暂态运行状态出现更大差异。因此，单个机组的暂态特性并不足以代表大量机组共同作用的机群整体性特征，大规模双馈风电机组并网系统的故障暂态分析必须建立可信的机群暂态模型。

采用详细的风电机群模型可以较准确地反映机群并网运行的暂态特性。但是，风电机群的详细模型具有多元、高阶和非线性的特点，不仅无法利用解析方法对故障特征量进行分析，在进行数值计算时，数据准备和计算量均非常可观，可能造成仿真时间过长，甚至难以获得合适的解。采用一定的简化方法对双馈式风电机群进行等值，是大规模机群暂态分析的必然选择。

在双馈式风电机群中，机组空间分布、控制方式等的不同使得各机组的运行点可能具有不同的变化轨迹，因此通过容量加权来建立暂态等值模型将产生较大误差。目前，研究人员对电网正常运行下的风电场等值开展了大量研究，主要根据风速分布不均造成的机组稳定运行状态差异进行机群的分群和等值。但是，双馈风电机组的故障运行状态取决于控制方式、转子保护动作情况等诸多因素，已有的稳态等值方法并不能准确反映双馈式风电机群的整体特性。对于双馈风电机组暂态特征量可能出现的不均匀分布数据集及噪声，利用聚类算法进行暂态同调机群的划分，然后对同群的机组进行参数聚合，是双馈式风电机群暂态等值的有效方法。但是现有方法主要采用K-means算法进行机群暂态分群，而这类硬划分聚类算法并适用于现实世界中的数据集，难以正确反映对象与类的关系。在大规模双馈式风电机群暂态同调分群中如何考虑机组变流器调控作用的影响，准确划分暂态过程时间阶段，同时保证数据运算的简洁性和准确性，目前尚未有合适的方案。

发明内容

针对现有双馈式风电机群暂态同调分群方法存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种基于电流轨迹相似度的双馈机群电磁暂态同调分群方法。本方法能够计及双馈风电机组的电磁暂态过程以及变流器调控作用的影响，采用短路电流轨迹结构相似度的评价指标针对故障过渡和故障持续两种特性不同的状态进行分群，较全面地考虑了影响短路电流轨迹的各种因素，能够保证短路电流轨迹与双馈风电机组状态的匹配程度。

本发明的技术方案是这样实现的：