[发明专利]一种基于频域映射的风电场单机等值聚合建模方法

说明书

本发明公开了一种基于频域映射的风电场单机等值聚合建模方法，包括：对目标风电场进行潮流计算以获取稳态工作点；建立目标风电场的风电机组的阻抗模型；建立目标风电场的各级变压器及交流集电网络的阻抗模型；建立包含风电机组、各级变压器及交流集电网络的风电场阻抗网络，获取目标风电场的d‑q阻抗模型；进行阻抗域变换，将d‑q阻抗模型变换为单入单出的一维序阻抗模型；预估单台风机模型的初始控制器参数，得到单台风机的一维序阻抗模型；联立目标风电场及单台风机的一维序阻抗模型，将目标风电场的频域特性映射至单台风机，以获取单台风机的等效参数。本发明能获取单台风机模型的精确等效参数，使得其频域特性与风电场完全复符合。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种基于频域映射的风电场单机等值聚合建模方法。

背景技术

随着化石燃料的快速消耗和环境的恶化，环保型可再生能源在发电中扮演着愈来愈重要的角色。作为应用最为广泛的可持续能源，风电近年来发展迅速。2017年安装的风力发电量超过52GW，全球总装机容量达到539GW。然而，由于大规模风电场，风电场和电网之间的动态交互越来越显著。因此，很有必要建立一个同时考虑精确度和简便性的风电场模型。

通常，风电场模型分为两大类，即详细模型和聚合模型。在详细模型中，风电场采用一个高阶线性化状态空间模型表示，该模型十分冗赘并且当风场网络拓扑或构成发生变化时不够灵活。随着风电场规模的不断扩大，风场聚合模型更适合用于系统级动态分析研究。由于电力系统的复杂性，已经开发出具有不同简化程度的特殊风电场模型，包括单机聚合模型、部分聚合模型和多机聚合模型。对于单机聚合模型，风场内的所有风力发电机以及交流集电网络都被聚合成一个具有等效内部电网的等效风力发电机组。当风场中所有风力发电机组接收相同的风速度，这种聚合方法是比较精确的。针对不同风速下风机运行情况不同的情况，有学者提出了部分聚合模型。在这种方法中，风力发电机和变流器被聚合成一个等效发电系统，由多个涡轮机驱动的风力发电系统。基于此思想，学者们进一步提出了多机聚合模型。采用这种方法，可以按照一定的聚类指标将整个大型风电场聚合成若干个不同的聚合风电机组。

上述这些衍生的聚合方法的核心均是单机聚合模型，因此准确的单机聚合模型的建立显得尤为重要。此外，研究表明，使用传统的单机聚合模型很难准确判断风电场并网的稳定性，因为在传统的单机聚合模型中忽略了电力电子变流器所引入的非线性环节对低频特性的影响。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种基于频率映射的风电场单机等值聚合建模方法，将风电场的精确阻抗模型在频域上一一对应到单机聚合阻抗模型上，从而得出精确的等值参数，这样保证了等值前后模型的频域等价性，能够大大简化大规模风电场在并网分析中模型的复杂程度。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种基于频率映射的风电场单机等值聚合建模方法，其包括：

S11：对目标风电场进行潮流计算以获取稳态工作点；

S12：基于所述稳态工作点，在d-q坐标系下建立所述目标风电场的风电机组的单台风机阻抗模型；

S13：在d-q坐标系下建立所述目标风电场的各级变压器以及交流集电网络的阻抗模型；

S14：基于S13的阻抗模型，建立包含风电机组、各级变压器以及交流集电网络的风电场阻抗网络，并基于电路理论以及能量守恒定律获取所述目标风电场的d-q阻抗模型；

S15：进行阻抗域变换，将S14中的d-q阻抗模型变换为单入单出的一维序阻抗模型；

S16：预估S12得到的单台风机阻抗模型的初始控制器参数，得到所述单台风机的一维序阻抗模型；