[发明专利]一种适用于电磁暂态仿真的风电场等值建模方法

说明书

一种适用于电磁暂态仿真的风电场等值建模方法，属于电力系统建模领域。在动力部分等值方面，改进了风速等值法，调整了等值后的最大风能跟踪曲线，此外考虑到等值后风轮半径的改变，对等值机组齿轮箱变比进行了调整；在电气部分等值方面，采用了容量加权法对发电机参数进行了等值，考虑到不同干线的机组可能划分到同一机群的情况，在控制参数等值方面，考虑到等值机组参数发生变化的情况，借鉴单机控制参数的工程设计方法，得出了可以实现等值前后性能不变的等值机控制器参数整定公式。优点在于，克服了现有风电场等值建模方法中误差大、模型复杂、对工况的适应性差等缺点，从动力、电气、控制三个方面分别对等值参数的计算方法进行改进。

技术领域

本发明属于电力系统建模领域，特别是涉及一种适用于电磁暂态仿真的风电场等值建模方法。

背景技术

风电场等值模型是研究人员与运行人员对包含风电场的电力系统进行分析的重要工具，对电网调度与电网安全稳定运行有重大意义。如果风电场等值模型的仿真结果与实际风电厂的量测结果有较大误差，将此模型运用于电力系统分析时，可能会使研究人员得出错误的结论，或运行管理人员进行错误的操作，威胁了电网的安全稳定，严重时造成区域性的电力事故，对本区域的国民用电安全、经济发展和正常生活带来严重影响。风电场包含数目众多的风机，对各机组分别精确建模，仿真时间过长，降低了模型的实用性。从电网考虑，只需关注风场出口处电气量，没必要精确求解场内各变量。有鉴于此，对风电场等值建模方法进行深入研究，在保证仿真精度的前提下，提高仿真速度，使得模型能够对包含风电场的电力系统的分析与运行做出指导性的建议，更有利于电网稳定安全的运行。

风力发电系统可分为动力、电气、控制三大部分，动力部分有风速、风轮以及传动链；电气部分有发电机、变压器、集电线路；控制部分有变桨、变流控制器。与之对应，风电场等值可分为动力、电气、控制三部分内容，下面从这三个方面分别进行详细的技术背景介绍。

动力部分：风速等值主要有平均值法、反函数法、功率不变法三大类。平均值法等值前后功率存在明显误差；反函数法需要统计单台机组风速‐风功率曲线，但当风场内某些风机的风轮尺寸不一致时，应用此法的有效性还需验证；依据功率不变的计算法原理明确，计算简便，但需要对风能利用系数进行进一步的处理。传动链等值方面，传动链主要采用双质块模型，其参数等值广泛使用容量加权法。风轮等值方面，多数方法仅是对其进行简单说明，风轮半径、齿轮箱变比、最大风能跟踪曲线系数等与风轮有关的参数技术处理细节鲜见在等值中提及。

电气部分：发电机参数等值有传递函数拟合法、智能搜索类算法、容量加权法三大类。传递函数拟合法计算量大，并且主要用于包含异步发电机的风电场等值，在包含DFIG风电场的等值中未见使用。智能搜索类算法也广泛用于异步型风电场等值，对于DFIG，由于电气、控制参数均需寻优，解空间维数增大，求解时间长。并且，智能搜索算法寻优出的参数对工况的适应性有待进一步研究。容量加权法由于计算简单，等值前后的仿真结果基本一致，在风电场等值中广泛采用。集电线路等值有两大类方法，即电压损耗不变法与功率损耗不变法。目前大多数集电线路等值方法只考虑同一干线上的机组划分在一群，而未考虑不同干线上的机组划分在同一群的情况。

控制部分：控制参数影响了风机的运行性能，属于风电场等值必须考虑的内容。但是目前关于风电场等值的文献中，大部分没有提及控制参数，较少数文献采用容量加权法，而没有从原理上进行说明。某些方法采用改变控制器结构、增加补偿项的方法进行控制器等值，但这种补偿式的等值方法实用性和通用性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于电磁暂态仿真的风电场等值建模方法，克服了现有风电场等值建模方法中误差大、模型复杂、对工况的适应性差等缺点，从动力、电气、控制三个方面分别对等值参数的计算方法进行改进。