[发明专利]一种保持模型结构的直驱式风电场次同步振荡等值方法

说明书

一种保持模型结构的直驱式风电场次同步振荡等值方法，首先，设定直驱式风场参数；其次，通过解析计算方式或外加谐波信号扫频方式得到次同步频段直驱式风电场外阻抗模型；然后计算等值模型参数、初值及其相对误差γ_subopt，选取等值机组与原机组外阻抗幅值的平均百分误差作为适应度函数，应用改进遗传算法，计算各等值风电机组参数以及外阻抗幅值平均百分误差；最后，通过判断误差与误差给定值关系，确定满足误差给定值的等值模型参数；本发明以直驱风机次同步频段外阻抗特性误差最小化为目标，能够得到与原风场模型次同步频段输出电气量一致的多台等值风机参数，可用于在仿真软件中重建等值风机模型以进行时域仿真分析。

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及直驱式风电场等值技术，特别涉及一种保持模型结构的直驱式风电场次同步振荡等值方法。

背景技术

新能源电能接入系统的比例逐渐提高，给电力系统的安全稳定运行带来了新的挑战，其中包括次同步振荡等稳定性问题。电磁暂态仿真软件是分析电力系统稳定性问题的有效工具，但其本身受到仿真节点数的限制。大规模风电场的次同步振荡仿真分析难点在于无法对每台风机进行详细建模。研究适用于次同步振荡分析的风电场等值方法，用一台或者多台等值风机来模拟整个风电场对于仿真研究直驱式风电场并网的次同步振荡问题具有重要意义。

现有的风机等值方法无法满足模型结构保持的要求，即等值模型不再具有风机原有的结构，而成为一个类似黑匣子的数学模型。尽管所得降阶数学模型在误差方面取得了令人满意的效果，但是由于所得模型无法还原至仿真分析，不便于应用到风电场并网次、超同步振荡研究中。

同时，现阶段有关风电场等值的研究主要集中在保持风电场的电磁暂态特性，即正常运行或外部电网发生故障后，等值模型和详细模型具有足够接近的电流和电压波形。这类方法应用到次同步振荡分析领域主要有两个问题：一是等值指标的选择过分单一，并未充分考虑影响次同步振荡特征的所有关键性参数；二是仅计及工频电磁暂态特性的逼近，对于次、超同步频段下等值模型和详细模型的误差无法直接衡量。

发明内容

为解决上述次同步振荡分析用直驱式风场等值问题，本发明的目的在于提供一种保持模型结构的直驱式风电场次同步振荡等值方法，根据等值模型参数，能够重建与原模型具有相同次同步振荡电气量响应的仿真模型。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种保持模型结构的直驱式风电场次同步振荡等值方法，包括以下步骤：

步骤1：设定直驱式风场参数

设定给定等值风电机组模型台数m及外阻抗幅值平均百分误差给定值γ_opt；

步骤2：获取风电场外阻抗模型

通过解析计算方式或外加谐波信号扫频方式得到次同步频段直驱式风电场外阻抗模型

(1)解析计算方式：当单台直驱风机运行在单位功率因数模式时，外阻抗解析模型如下所示；

式中：Z(s)为单台直驱式风机外阻抗模型；V为风电场并网电压，I为风机输出工频电流、L为风机逆变器出口滤波电感；ω₁为工频电流的角频率；s＝jω，ω为电流的角频率，j为数学中虚数单位；

其中：H_i(s-jω₁)＝K_pi+K_ii/(s-jω₁)是电流内环PI调节器传递函数；其中是锁相环的传递函数；K_p，K_i为锁相环PI参数，K_pi，K_ii为电流内环PI参数；