CN102624309A - 基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法 - Google Patents

基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布一种基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法。首先，对含风电场系统进行快速初始化，确定初始运行点，根据选用双馈风电机的型号，通过离线计算确定风电机暂态电动势动态特性发生显著变化的风速上、下界，将风电机分为3群。然后，将同群双馈风电机分别通过复变比变压器连接到一等效双馈风电机节点，将风电场中的联络母线、负荷母线、等值过程中增加的暂态内电势母线、移相变压器进行消去处理，得出等值网络。接着，根据风电机等效电路的连接关系及输出机械功率不变的原则，推导出等效风电机参数及等效风速。本发明综合考虑了双馈风力发电机的机电动态相似程度，特别适用于连接复杂、风速差异较大的风电场精确等值运算。

Description

基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法
技术领域
本发明涉及一种基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法，属于风电场动态等值技术领域。
背景技术
变速恒频双馈风力发电机(Doubly-fed Induction Generator，DFIG)具有风能利用率高、变流器功率较小、可实现有功及无功解耦控制等优点，应用十分广泛。为了准确分析大规模DFIG风电场并网对电力系统特性的影响，需要建立可信的DFIG风电场模型。DFIG风电机组单机容量相对较小，大型风电基地装机总量可达上千台。如果对每台机组均详细建模，将加剧已有的电力系统 “维数灾”问题。实际上，在研究风电并网时，人们更多关注风电场公共接入点（Point of Common Coupling, PCC）处电压、电流及功率的变化规律，对风电场内每台单机的详细动态过程并不关心。因此，可在保持风电场对外部系统动态影响不变的前提下，对风电场内DFIG机群作适当等值降阶处理，以提高计算速度并突出风电场并网后对外部电网的整体影响。
在常规DFIG风电场等值方法中，一般按照注入风速相近程度对风电场中的DFIG进行分群，仿照感应电机等值方法求取等效DFIG的参数，并采用平均风速或根据风力机的功率-转速曲线求取等效注入风速，对等值机与PCC点的电气连接则根据网络损耗不变等性质推出。现有风电机等值方法分群依赖于经验，缺乏量化标准，对多等值机与PCC点之间等效网络的求取缺乏系统化的方法，导致了等值模型动态精度较低，且仅适用于注入风速相差不大、风电场连接较为简单（如所有DFIG并联或级联于同一母线）的情况。基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法弥补了上述缺陷，根据DFIG机械及电气动态特性的相似程度，给出了量化分群准则；引入理想变压器，将同群DFIG移置到等效DFIG母线，给出了系统的、严格的风电场网络化简方法，在风电场连接复杂、注入风速差异较大的情况下仍可保持较高的稳态及动态等值精度。
发明内容
本发明所解决的技术问题是现有风电场等值方法缺乏分群量化标准以及风电机聚合、风电场网络化简方法过于粗糙所导致的等值精度偏低的不足，提供了一种根据DFIG机械及电气动态特性相似程度进行分群，对风电机进行严格的移置、聚合及网络化简的方法。
本发明具体采用如下技术方案：
一种基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
（1）获取含DFIG风电场的电力系统网络参数；
（2）进行风电场快速初始化，按照风电机注入风速及功率--转速特性，判断其所属工作区间，求解对应代数约束方程，获取风电机稳态转速                                                
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE001
、输出机械功率
Figure 986596DEST_PATH_IMAGE002
，将风电机节点视为功率因数角
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE003
恒定的PQ节点，则该节点有功功率、无功功率分别为
Figure 260714DEST_PATH_IMAGE004
、，求解全网潮流，算出风电机机端电压
Figure 985831DEST_PATH_IMAGE006
，再求解风电机稳态等效电路，求出DFIG暂态内电势
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE007
、转子励磁电压
Figure 37576DEST_PATH_IMAGE008
、转差率，得出风电机戴维南等效电路；
（3）按照机械电气动态特性相似程度对DFIG风电机进行分群，DFIG的动态特性通过状态变量暂态内电势
Figure 142060DEST_PATH_IMAGE010
、转差率
Figure 454705DEST_PATH_IMAGE009
反映，DFIG端口功率响应曲线揭示了暂态内电势
Figure 930817DEST_PATH_IMAGE007
的动态相似程度，对同一型号DFIG风电机，从起步风速开始以0.1m/s步长增加注入风速
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE011
，离线计算端口发生三相对地短路故障后的有功功率响应曲线，确定故障后有功功率振荡特征发生明显变化的风速下界
Figure 955012DEST_PATH_IMAGE012
、上界
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE013
，据此将DFIG风电机划分为共3群；
（4）同群DFIG发电机等值聚合，设等值群内共有台DFIG，定子电阻、定子电抗、转子电阻、转子电抗分别为
Figure 46650DEST_PATH_IMAGE016
，励磁电抗为，惯性时间常数为，变流器直流电容为
Figure 267471DEST_PATH_IMAGE019
，计算的DFIG暂态阻抗
Figure 25342DEST_PATH_IMAGE020
，输出机械功率为
Figure 250263DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 802598DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 115899DEST_PATH_IMAGE015
为自然数，将同群DFIG的暂态内电势节点分别通过复变比移相变压器
Figure 946769DEST_PATH_IMAGE024
连接到等效DFIG暂态内电势节点，其中
Figure 694372DEST_PATH_IMAGE026
，等效DFIG暂态内电势，等效DFIG机的暂态阻抗
Figure 183439DEST_PATH_IMAGE028
，通过将
Figure 490104DEST_PATH_IMAGE030
连接到等效DFIG机端母线；
等效DFIG的惯性时间常数为
Figure 390539DEST_PATH_IMAGE031
，等效直流电容为
Figure 385171DEST_PATH_IMAGE032
，等效励磁电抗为，根据等效DFIG机的暂态阻抗
Figure 677929DEST_PATH_IMAGE034
、等效励磁电抗
Figure 119406DEST_PATH_IMAGE035
，并取等效DFIG机定转子电抗比
Figure 965615DEST_PATH_IMAGE036
为各台单机
Figure 654085DEST_PATH_IMAGE036
的容量加权平均和，求得等效DFIG定子电阻、电抗和转子电阻、电抗参数，再按照风机输出总功率不变原则，等效DFIG输出机械功率
Figure 588674DEST_PATH_IMAGE037
，取等效DFIG的功率-转速特性与群内风电机相同，由等效DFIG输出机械功率
Figure 833842DEST_PATH_IMAGE038
求出等效风速
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE039
及等值发电机转速
Figure 927700DEST_PATH_IMAGE040
；
（5）风电场网络等效化简，移相变压器是一种不对称连接，在实际仿真软件中对其作近似消去处理，等值过程中产生的附加节点、变压器与风电场内部网络合并，将风电场中的联络母线、负荷母线、等值过程中增加的暂态内电势母线、理想变压器等进行消去处理，余下仅含等效DFIG节点和公共接入点的等值网络；
（6）风电场等效模型验证，根据第（4）、（5）步的等值结果，组建DFIG风电场等值模型，在风电场外部的电网中设置故障，计算等值前、后的故障响应曲线，若误差满足工程要求则输出风电场等效模型，否则，返回（3），增加分群数，重新进行等值计算。
本发明提出的基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法根据DFIG的机械及电气特性相似程度将风电场分为3群；应用理想变压器对DFIG暂态内电势节点进行移置聚合；根据风电机运行特性推导出等效DFIG参数；对变速双馈风电场的算例仿真表明，在风电场连接复杂、注入风速差异较大的情况下该等值方法仍可保持较高的稳态及动态等值精度。
附图说明
图1 本发明方法流程图。
图2 DFIG风电场初始化流程。
图3 DFIG 风电机的物理特性图，其中：图(a)是DFIG风力机功率—转速特性图，图(b)是不同风速下三相短路故障后DFIG有功功率曲线对比图，图(c)是DFIG风力发电机戴维南等效电路。
图4 DFIG风电场的等效原理图，其中：图(a)是DFIG风电机组聚合原理图，图(b)是风电场单机等值模型结构图，图(c)是风电场3机等值模型结构图。
图5算例DFIG风电场结构图。
图6 [
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE041
,
Figure 285607DEST_PATH_IMAGE042
,
Figure 832126DEST_PATH_IMAGE042
,
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE043
,
Figure 176257DEST_PATH_IMAGE044
,
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE045
]=[8, 13, 6, 9, 10, 7] m/s时不同等值模型效果对比图，其中：图 (a)、(b)、(c)依次为PCC点电压、有功功率、无功功率响应曲线；实线表示“详细模型” ，虚线表示“3机等值模型” ，点线表示“单机等值模型” 。
图7 [
Figure 934741DEST_PATH_IMAGE041
,
Figure 778063DEST_PATH_IMAGE042
,
Figure 936512DEST_PATH_IMAGE042
,,
Figure 526686DEST_PATH_IMAGE044
,
Figure 540910DEST_PATH_IMAGE045
]=[13, 8, 9, 5,11, 10] m/s时不同等值模型效果对比图，其中： 图 (a)、(b)、(c)依次为PCC点电压、有功功率、无功功率响应曲线；实线表示“详细模型”，虚线表示“3机等值模型” ，点线表示“单机等值模型” 。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
本发明的特征在于所述方法是在计算机中按图1所示的以下步骤实现：
（1）获取含DFIG风电场的电力系统网络参数，包括DFIG风力发电机参数、风电机功率--转速特性、注入风速，系统中各支路阻抗、各节点负荷、变压器、同步发电机、感应电动机等数据；
（2）进行风电场快速初始化。风电场初始化流程如图2所示，按照图3（a）所示的各风电机注入风速及功率—转速特性，判断DFIG所属工作区间，求解对应代数约束方程，获取风电机稳态转速、输出机械功率
Figure 124786DEST_PATH_IMAGE046
，将风电机节点视为功率因数角恒为
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE047
的PQ节点，节点有功功率、无功功率分别为
Figure 670911DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 856036DEST_PATH_IMAGE005
，求解全网潮流，算出风电机机端电压
Figure 723498DEST_PATH_IMAGE048
，求解风电机稳态等效电路，求出DFIG暂态内电势
Figure 485828DEST_PATH_IMAGE010
、转子励磁电压
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE049
、转差率
Figure 948777DEST_PATH_IMAGE009
，得出图3（c）所示DFIG戴维南等效电路；
（3）按照DFIG的机械及电气动态特性相似程度对风电机进行分群。DFIG的动态特性由状态变量、的变化反映，DFIG电气功率
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE051
，其中DFIG暂态阻抗 ，
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE053
分别为DFIG定子电阻、定子电抗、励磁电抗、转子电阻、转子电抗。DFIG机端输出总功率为
Figure 725792DEST_PATH_IMAGE054
，由于风电机机械时间常数比电气时间常数大很多，研究
Figure 62839DEST_PATH_IMAGE010
动态时可近似假定
Figure 780259DEST_PATH_IMAGE009
不变，故DFIG机端输出功率动态特性的相似程度揭示了
Figure 50835DEST_PATH_IMAGE050
动态相似程度。对同一型号DFIG风电机，可从起步风速开始以0.1m/s步长逐渐增加注入风速
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE055
，离线计算三相对地短路故障后机端有功功率响应曲线，如图3（b）所示，确定故障后有功功率振荡特性发生明显变化的风速下界
Figure 426059DEST_PATH_IMAGE056
、上界
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE057
，据此将DFIG风电机群划分为
Figure 996324DEST_PATH_IMAGE058
共3群分别等值；
（4）同群DFIG发电机等值聚合。设待等值群内共有
Figure 138724DEST_PATH_IMAGE015
台DFIG，其定子电阻、定子电抗、转子电阻、转子电抗分别为
Figure 212990DEST_PATH_IMAGE016
，励磁电抗为
Figure 757235DEST_PATH_IMAGE017
，惯性时间常数为
Figure 623036DEST_PATH_IMAGE018
，变流器直流电容为
Figure 252731DEST_PATH_IMAGE019
，暂态阻抗
Figure 317639DEST_PATH_IMAGE020
，输出机械功率为
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE059
，
Figure 529440DEST_PATH_IMAGE022
。将同群DFIG的暂态内电势节点分别通过复变比移相变压器
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE061
连接到等效DFIG暂态内电势
Figure 558499DEST_PATH_IMAGE025
节点，其中
Figure 974568DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 414777DEST_PATH_IMAGE062
，等效DFIG机暂态阻抗
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE063
，通过
Figure 536946DEST_PATH_IMAGE064
将
Figure 937971DEST_PATH_IMAGE030
连接到等效DFIG机端电压母线，等效DFIG与PCC点之间的连接如图4（a）所示。
等效DFIG的惯性时间常数
Figure 967851DEST_PATH_IMAGE066
，等效直流电容
Figure 75615DEST_PATH_IMAGE032
，等效励磁电抗
Figure 722628DEST_PATH_IMAGE033
，根据已求得的
Figure 548633DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE067
，并取等效DFIG机定转子电抗比
Figure 365892DEST_PATH_IMAGE068
为各台单机
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE069
的容量加权平均和，推出等效机的
Figure 469108DEST_PATH_IMAGE070
。再按照风机输出总功率不变的原则，等效DFIG输出机械功率
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE071
，取等效DFIG与群内单机具有相同的功率—转速特性，由求出等效注入风速
Figure 410443DEST_PATH_IMAGE072
及等效DFIG转速
Figure 972006DEST_PATH_IMAGE040
；
（5）风电场网络等效化简。移相变压器是一种不对称连接，在实际仿真软件中对其作近似消去处理。等值过程中产生的附加节点、变压器与风电场内部网络合并，将风电场中的联络节点、负荷母线、等值过程中增加的暂态内电势母线、理想变压器等进行消去处理，余下图4（b）或图4（c）所示仅含等效DFIG节点、PCC节点的等值网络； 
（6）风电场等效模型验证。根据第（4）、（5）步等值结果，组建DFIG风电场等值模型。在风电场外部的电网中设置故障，计算等值前、后的故障响应曲线，若误差小于规定上限则输出风电场等效模型，否则，返回（3），增加分群数，重新进行等值计算。
将基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法应用于含6台DFIG的算例风电场，风电场结构如图5所示。其中：变压器
Figure 116679DEST_PATH_IMAGE074
变比为0.66/20，额定容量0.8MVA，短路阻抗
Figure 977931DEST_PATH_IMAGE076
=0.06 p.u.；变压器
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE077
变比为20/66
Figure 653894DEST_PATH_IMAGE078
，额定容量5MVA，短路阻抗
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE079
=0.08 p.u.；风电场6台DFIG机WT11、WT21、WT12、WT22、WT13、WT23均为同一型号，注入风速分别为
Figure 563688DEST_PATH_IMAGE041
、、、
Figure 72795DEST_PATH_IMAGE080
、
Figure 163111DEST_PATH_IMAGE044
、；DFIG额定功率660KW，额定电压660
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE081
，
Figure 547748DEST_PATH_IMAGE053
依次为0.01、0.04、3.0、0.01、0.04p.u.，风力机惯性时间常数
Figure 995041DEST_PATH_IMAGE082
,发电机惯性时间常数
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE083
,扭转力矩系数
Figure 498835DEST_PATH_IMAGE084
p.u.,阻尼系数
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE085
；DFIG功率-转速曲线如图3（a）所示，A、B、C、D点对应风速分别为4.23、7.1、12、13.48 m/s，对应风电机转速
Figure 485989DEST_PATH_IMAGE086
为0.7、0.71、1.2、1.21 p.u.，输出机械功率分别为0、0.151、0.73、1.0 p.u.；通过数值方法计算得算例风电场中DFIG的风速上界
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE087
为10.6m/s，风速下界
Figure 49826DEST_PATH_IMAGE012
为8.2m/s；风电场连接阻抗依次为
Figure 984415DEST_PATH_IMAGE088
=1.6+3.5i，=0.015+0.1i，
Figure 468582DEST_PATH_IMAGE090
=0.005+0.03i，
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE091
=0.045+0.3i，  
Figure 141003DEST_PATH_IMAGE092
=0.08+0.02i，
Figure 625205DEST_PATH_IMAGE093
=0.1+0.03i，
Figure 346168DEST_PATH_IMAGE094
=0.06+0.012i，=0.12+0.03i，
Figure 291602DEST_PATH_IMAGE096
=0.05+0.01i，=0.1+0.02i，单位为。应用Matlab /Simulink软件对算例风电场进行了仿真研究。
下面介绍本发明的两个实施例：
实施例1
取[,
Figure 981789DEST_PATH_IMAGE100
,
Figure 565830DEST_PATH_IMAGE100
,,
Figure 119433DEST_PATH_IMAGE102
,
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE103
]=[8, 13, 6, 9, 10, 7] m/s，使用本发明方法，对算例风电场进行了等值。初始化得WT11、WT21、WT12、WT22、WT13、WT23的转差率分别为0.1966、 -0.2068、0.2945、0.0963、0、0.2904，将整个风电场等值为单台等值风机时，等效风速
Figure 6093DEST_PATH_IMAGE104
、转差率
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE105
及图4（b）所示等值风电场网络参数如表1所示。
 
表1风电场单机等值模型参数
Zagg（Ω） Zagg_bnd（Ω） Zbnd（Ω）
Figure 464887DEST_PATH_IMAGE105
Figure 855548DEST_PATH_IMAGE104
（m/s）
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE107
639 -5562i 0.0364 + 5.055i 8951i 0.069 9.37 31.2
根据算例风电场中DFIG的注入风速将其划分为
Figure 450609DEST_PATH_IMAGE058
共3群，{WT11,WT12,WT23}等值为
Figure 822684DEST_PATH_IMAGE108
，{WT22,WT13}等值为，{WT21}等值为等值为，3机等值模型结构如图4（c）所示，参数如表2所示。
表2风电场3机等值模型参数
等值DFIG
Figure 694618DEST_PATH_IMAGE105
Figure 347447DEST_PATH_IMAGE104
m/s
Figure 890424DEST_PATH_IMAGE111
(s)
Figure 323811DEST_PATH_IMAGE112
 0.2902 7.043 15.6
Figure 787766DEST_PATH_IMAGE113
 0.0536 9.526 10.4
Figure 295101DEST_PATH_IMAGE110
 -0.2068 13.00 5.2
风电场3机等值网络参数为：Zagg1=-340290i, Zagg2=-407600i, Zagg3=130-930i, Zbnd=893i；Zagg1_bnd=0.067+10.1i, Zagg2_bnd=0.107+15.166i, Zagg3_bnd=1.557+34.859i； Zagg1_agg2=2706i, Zagg1_agg3=10317i, Zagg2_agg3=0；单位为Ω。
设5s时风电场PCC点发生3相对地短路，0.1s后故障切除，分别对风电场详细模型、单机等值模型、3机等值模型进行了仿真，所得PCC点电压、有功功率、无功功率响应曲线如图6所示。定义误差指标：
Figure 87608DEST_PATH_IMAGE114
，
Figure 2012100871338100002DEST_PATH_IMAGE115
为取样点个数，
Figure 805028DEST_PATH_IMAGE116
为等值系统值，
Figure 72674DEST_PATH_IMAGE117
为原系统真值。取故障后[5s，5.8s]的动态过程进行采样计算，等值模型误差如表3所示，采用 3机等值模型时PCC点的
Figure 700096DEST_PATH_IMAGE118
响应曲线与详细模型的对应曲线相比误差分别为0.002%、2.96%、1.8%，具有很好的动态等值精度。
表3风电场单机及3机模型等值误差
实施例2
取[
Figure 727274DEST_PATH_IMAGE099
,
Figure 739224DEST_PATH_IMAGE100
,
Figure 470420DEST_PATH_IMAGE100
,
Figure 273903DEST_PATH_IMAGE101
,
Figure 903599DEST_PATH_IMAGE102
,]=[13, 8, 9, 5, 11, 10] m/s，使用本发明方法，对算例风电场进行了等值。初始化得WT11、WT21、WT12、WT22、WT13、WT23的转差率分别为[ -0.2068, 0.1966, 0.0963, 0.2980, -0.0932, 0]，将整个风电场等值为单台等值机时，等效风速、转差率及图4（b）所示等值风电场网络参数如表4所示。
表4风电场单机等值模型参数
Zagg（Ω） Zagg_bnd（Ω） Zbnd（Ω）
Figure 101679DEST_PATH_IMAGE105
Figure 344572DEST_PATH_IMAGE104
（m/s）
Figure 648515DEST_PATH_IMAGE106
1857-13400i 0.0352 +5.0509i 21771i 0.0175 9.89 31.2
根据算例风电场中DFIG注入风速将其划分为共3群，{WT21,WT22}等值为
Figure 462983DEST_PATH_IMAGE112
，{WT12,WT23}等值为
Figure 673516DEST_PATH_IMAGE120
，{WT11，WT13}等值为等值为
Figure 215487DEST_PATH_IMAGE110
，3机等值模型结构如图4（c）所示，参数如表5所示。
表5风电场3机等值模型参数
等值DFIG
Figure 356618DEST_PATH_IMAGE105
Figure 667645DEST_PATH_IMAGE104
m/s		 (s)
0.2918 6.57 10.4
0.0536 9.5262 10.4
Figure 435039DEST_PATH_IMAGE110
 -0.2003 12.0414 10.4
风电场等值网络参数为：Zagg1=-22313i, Zagg2=33867+47872i, Zagg3=454.12-38.62i, Zbnd=135.3i；Zagg1_bnd=0.1 +15.1i, Zagg2_bnd=0.11 +15.1577i, Zagg3_bnd=0.9159+15.1i； 
Zagg1_agg2=29573i, Zagg1_agg3=460+7878i, Zagg2_agg3=3307i；单位为Ω。
设5s时风电场PCC点发生3相对地短路，0.1s后故障切除，分别对风电场详细模型、单机等值模型、3机等值模型进行了仿真，所得PCC点电压、有功功率、无功功率响应曲线如图7所示。定义误差指标：
Figure 190637DEST_PATH_IMAGE122
，
Figure 503938DEST_PATH_IMAGE115
为取样点个数，
Figure 986871DEST_PATH_IMAGE116
为等值系统值，
Figure 269561DEST_PATH_IMAGE117
为原系统真值，取故障后[5s，5.8s]的动态过程进行采样计算，等值模型误差如表6所示。采用 3机等值模型时PCC点的
Figure 445327DEST_PATH_IMAGE118
响应曲线与详细模型的对应曲线相比误差分别为0.001%、3.67%、6.13%，同样具有很高的动态等值精度。
 
表6风电场单机及3机模型等值误差

Claims (1)

1.一种基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
（1）获取含DFIG风电场的电力系统网络参数；
（2）进行风电场快速初始化，按照风电机注入风速及功率--转速特性，判断其所属工作区间，求解对应代数约束方程，获取风电机稳态转速                                                
Figure 202303DEST_PATH_IMAGE002
、输出机械功率
Figure 139166DEST_PATH_IMAGE004
，将风电机节点视为功率因数角
Figure 485834DEST_PATH_IMAGE006
恒定的PQ节点，则该节点有功功率、无功功率分别为
Figure 711410DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 611845DEST_PATH_IMAGE010
，求解全网潮流，算出风电机机端电压
Figure 855745DEST_PATH_IMAGE012
，再求解风电机稳态等效电路，求出DFIG暂态内电势、转子励磁电压、转差率
Figure 262084DEST_PATH_IMAGE018
，得出风电机戴维南等效电路；
（3）按照机械电气动态特性相似程度对DFIG风电机进行分群，DFIG的动态特性通过状态变量暂态内电势
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE019
、转差率
Figure 249238DEST_PATH_IMAGE018
反映，DFIG端口功率响应曲线揭示了暂态内电势
Figure 672129DEST_PATH_IMAGE014
的动态相似程度，对同一型号DFIG风电机，从起步风速开始以0.1m/s步长增加注入风速，离线计算端口发生三相对地短路故障后的有功功率响应曲线，确定故障后有功功率振荡特征发生明显变化的风速下界
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE023
、上界
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE025
，据此将DFIG风电机划分为
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE027
共3群；
（4）同群DFIG发电机等值聚合，设等值群内共有
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE029
台DFIG，定子电阻、定子电抗、转子电阻、转子电抗分别为，励磁电抗为，惯性时间常数为
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE035
，变流器直流电容为
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE037
，计算的DFIG暂态阻抗，输出机械功率为，，
Figure 926819DEST_PATH_IMAGE029
为自然数，将同群DFIG的暂态内电势
Figure 597972DEST_PATH_IMAGE044
节点分别通过复变比移相变压器连接到等效DFIG暂态内电势
Figure 342998DEST_PATH_IMAGE048
节点，其中
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE049
，等效DFIG暂态内电势，等效DFIG机的暂态阻抗
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE053
，通过
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE055
将连接到等效DFIG机端母线；
等效DFIG的惯性时间常数为
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE059
，等效直流电容为，等效励磁电抗为
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE063
，根据等效DFIG机的暂态阻抗
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE065
、等效励磁电抗，并取等效DFIG机定转子电抗比为各台单机
Figure 206278DEST_PATH_IMAGE069
的容量加权平均和，求得等效DFIG定子电阻、电抗和转子电阻、电抗参数，再按照风机输出总功率不变原则，等效DFIG输出机械功率
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE071
，取等效DFIG的功率-转速特性与群内风电机相同，由等效DFIG输出机械功率求出等效风速
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE075
及等值发电机转速
Figure 2012100871338100001DEST_PATH_IMAGE077
；
（5）风电场网络等效化简，移相变压器是一种不对称连接，在实际仿真软件中对其作近似消去处理，等值过程中产生的附加节点、变压器与风电场内部网络合并，将风电场中的联络母线、负荷母线、等值过程中增加的暂态内电势母线、理想变压器等进行消去处理，余下仅含等效DFIG节点和公共接入点的等值网络；
（6）风电场等效模型验证，根据第（4）、（5）步的等值结果，组建DFIG风电场等值模型，在风电场外部的电网中设置故障，计算等值前、后的故障响应曲线，若误差满足工程要求则输出风电场等效模型，否则，返回（3），增加分群数，重新进行等值计算。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103997036A (zh) * 2014-05-16 2014-08-20 湖南智仁科技有限公司 一种计及系统稳定性和电磁特性的电动机聚合方法
CN104268316A (zh) * 2014-09-11 2015-01-07 河海大学 基于离线计算和在线匹配的双馈风电场概率等值建模方法
CN104795837A (zh) * 2015-04-24 2015-07-22 武汉大学 一种双馈风机等效虚拟惯性时间常数计算方法
CN105529736A (zh) * 2015-12-18 2016-04-27 西安热工研究院有限公司 撬棒投入双馈风电机群故障电流等值模型计算方法
CN108258725A (zh) * 2018-01-23 2018-07-06 华南理工大学 一种基于等效功角同调的双馈风电机动态等值方法
CN108418242A (zh) * 2018-01-23 2018-08-17 华南理工大学 一种基于相似度同调的双馈风电机动态等值方法
CN109995086A (zh) * 2019-04-01 2019-07-09 广东电网有限责任公司电网规划研究中心 风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法与装置
CN113627035A (zh) * 2021-09-01 2021-11-09 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 一种风电场单机等值模型的建立方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7800243B2 (en) * 2007-04-30 2010-09-21 Vestas Wind Systems A/S Variable speed wind turbine with doubly-fed induction generator compensated for varying rotor speed
CN101937483A (zh) * 2010-09-09 2011-01-05 苏勋文 基于桨距角动作情况的双馈机组风电场动态等值建模方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7800243B2 (en) * 2007-04-30 2010-09-21 Vestas Wind Systems A/S Variable speed wind turbine with doubly-fed induction generator compensated for varying rotor speed
CN101937483A (zh) * 2010-09-09 2011-01-05 苏勋文 基于桨距角动作情况的双馈机组风电场动态等值建模方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周海强等: "基于动态相似度与等值缓冲区的电动机动态等值方法", 《电力系统自动化》 *
米增强等: "风电场动态等值模型的多机表征方法", 《电工技术学报》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103997036A (zh) * 2014-05-16 2014-08-20 湖南智仁科技有限公司 一种计及系统稳定性和电磁特性的电动机聚合方法
CN104268316A (zh) * 2014-09-11 2015-01-07 河海大学 基于离线计算和在线匹配的双馈风电场概率等值建模方法
CN104795837A (zh) * 2015-04-24 2015-07-22 武汉大学 一种双馈风机等效虚拟惯性时间常数计算方法
CN104795837B (zh) * 2015-04-24 2017-01-11 武汉大学 一种双馈风机等效虚拟惯性时间常数计算方法
CN105529736A (zh) * 2015-12-18 2016-04-27 西安热工研究院有限公司 撬棒投入双馈风电机群故障电流等值模型计算方法
CN105529736B (zh) * 2015-12-18 2018-02-06 西安热工研究院有限公司 撬棒投入双馈风电机群故障电流等值模型计算方法
CN108258725A (zh) * 2018-01-23 2018-07-06 华南理工大学 一种基于等效功角同调的双馈风电机动态等值方法
CN108418242A (zh) * 2018-01-23 2018-08-17 华南理工大学 一种基于相似度同调的双馈风电机动态等值方法
CN108258725B (zh) * 2018-01-23 2020-06-19 华南理工大学 一种基于等效功角同调的双馈风电机动态等值方法
CN108418242B (zh) * 2018-01-23 2020-06-19 华南理工大学 一种基于相似度同调的双馈风电机动态等值方法
CN109995086A (zh) * 2019-04-01 2019-07-09 广东电网有限责任公司电网规划研究中心 风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法与装置
CN109995086B (zh) * 2019-04-01 2021-02-26 广东电网有限责任公司电网规划研究中心 风力发电系统的双馈感应发电机平滑并网控制方法与装置
CN113627035A (zh) * 2021-09-01 2021-11-09 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 一种风电场单机等值模型的建立方法
CN113627035B (zh) * 2021-09-01 2024-01-19 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 一种风电场单机等值模型的建立方法

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