CN103473401A - 基于psasp的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，主要包括：基于PSASP的风电机组模型，根据传递函数框图，在PSASP中建立自定义模型，对每个控制环节进行详细仿真分析，获得每个自定义模型的参数辨识结果；风电机组功率扰动仿真校验，在PSASP程序中建立单机无穷大模型，模拟风力风电机组接入电网的实际情况。本发明所述基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，可以克服现有技术中校验难度大和结果准确性差等缺陷，以实现校验难度小和结果准确性好的优点。

Description

基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体地，涉及基于概念电力系统分析综合程序（Power System Analysis Software Package，简称PSASP）的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法。

背景技术

电力系统中建模和测试的方法主要有两种：时域测试法和频域测试法，两者也是系统建模和参数测试的两种基本方法，是从两个不同的角度去观测同一个被测对象，其结果是一致的。

电力系统动态、暂态稳定计算用数学模型，如发电机、原动机、各类控制系统及负荷模型等，均采用这两种方法进行建模和参数测试。

从理论上讲，被测系统的时域函数的傅里叶变换就是频域函数，而频域函数的傅里叶逆变换也就是被测系统的时域函数。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在校验难度大和结果准确性差等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，以实现校验难度小和结果准确性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，其特征在于，主要包括：

a、基于PSASP的风电机组模型，根据传递函数框图，在PSASP中建立自定义模型，对每个控制环节进行详细仿真分析，获得每个自定义模型的参数辨识结果；

b、风电机组功率扰动仿真校验，在PSASP程序中建立单机无穷大模型，模拟风力风电机组接入电网的实际情况。

进一步地，在步骤a中，所述在PSASP中建立自定义模型的操作，具体包括：

考虑各种附加限制环节，建立风电机组各组件的自定义模型，并对风电机组各组件的自定义模型进行参数配置。

进一步地，所述风电机组各组件的自定义模型，具体包括风电机组12个组件的自定义模型。

进一步地，所述风电机组各组件的自定义模型和风电机组各组件的自定义模型的参数配置，具体为能够反映该风电机组的有功调节动态特性、且能为电网稳定计算提供计算数据的自定义模型和参数配置。

进一步地，在步骤b中，所述风电机组功率扰动仿真校验的操作，具体包括：

b1、对有功扰动试验进行仿真校验；

b2、对无功扰动试验进行仿真校验。

进一步地，所述步骤b1具体包括：

根据每个自定义模型的参数辨识结果，模拟风电机组通过手动变桨操作而进行功率扰动试验的情况；

在PSASP中的单机无穷大系统中，对风电机组桨矩角指令进行阶跃试验，阶跃量为0~7度。

进一步地，所述根据每个自定义模型的参数辨识结果，模拟风电机组通过手动变桨操作而进行功率扰动试验的情况的操作，具体包括：

根据每个自定义模型的参数辨识结果，用频域测量法研究电力系统建模和参数测试，采用白噪声信号作为测试信号，模拟风电机组通过手动变桨操作而进行功率扰动试验的情况。

进一步地，所述步骤b2具体包括：

根据每个自定义模型的参数辨识结果，模拟风电机组无功给定阶跃试验的情况；

在PSASP中的单机无穷大系统中，对风电机组的无功指令进行阶跃试验，阶跃量为20MVar度。

进一步地，所述根据每个自定义模型的参数辨识结果，模拟风电机组无功给定阶跃试验的情况的操作，具体包括：

根据每个自定义模型的参数辨识结果，采用时域测试法，模拟风电机组无功给定阶跃试验的情况。

本发明各实施例的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，由于主要包括：基于PSASP的风电机组模型，根据传递函数框图，在PSASP中建立自定义模型，对每个控制环节进行详细仿真分析，获得每个自定义模型的参数辨识结果；风电机组功率扰动仿真校验，在PSASP程序中建立单机无穷大模型，模拟风力风电机组接入电网的实际情况；可以建立的PSASP和BPA环境下的适用于机电暂态过程的风电机组数学模型，模型和参数可以准确模拟该风电机组和风电场的动态特性；从而可以克服现有技术中校验难度大和结果准确性差的缺陷，以实现校验难度小和结果准确性好的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件1的自定义模型框图；

图2为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件2的自定义模型框图；

图3为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件3的自定义模型框图；

图4为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件4的自定义模型框图；

图5为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件5的自定义模型框图；

图6为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件6的自定义模型框图；

图7为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件7的自定义模型框图；

图8为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件8的自定义模型框图；

图9为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件9的自定义模型框图；

图10为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件10的自定义模型框图；

图11为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件11的自定义模型框图；

图12为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风电机组组件12的自定义模型框图；

图13为本发明基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中风力发电机组接入电网的单机无穷大系统的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

为了分析风力发电对电力系统动态特性的影响，需要建立风力发电机组及风电场的动态数学模型。风力发电机组是一个包含多学科的复杂系统，桨叶的工作原理基于空气动力学，传动系统的工作原理涉及到机械理论，发电机实现机电能量转换，风电控制系统广泛涉及控制理论和电气原理。

根据本发明实施例，如图1-图13所示，提供了基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，可以应用于风电机组控制系统的建模、调试和计算。

本实施例的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，理论基础如下：

频域分析以频率为自变量，以各频率分量的信号值（功率值，能量值等）为因变量进行分析的频谱分析仪可对信号本身分析、对线性系统非线性失真系数的测量，通过频谱测量确定信号的谐波分量，了解信号的频谱占用情况。由人工逐次改变输入正弦信号的频率，逐点记录对应频率的输出信号幅度而得到幅频特性曲线。该方法测量误差大。频域测试技术扫描信号源为示波器提供扫描信号，最终显示出幅频特性曲线来。由于扫频信号是连续变化的，故扫频测量法无测试频率的断点，该方法操作方便直观。频域测试技术将多频信号作为测试信号的一种测试方法，采用白噪声信号作为测试信号的一种测试方法。

白噪声是一个纯随机过程，它是马尔柯夫随机过程的极限情况。它的每一瞬间取值是统计独立的，具有无穷大的方差和无穷大的相关时间。在时域中的特征是自相关函数为脉冲函数，即：

                       （1）；

在频域中的特征是功率谱密度函数为常数，即：

                         （2）；

将白噪声作为试验信号加入系统，把公式（1）代入公式（2），得到：

；

上式表明，若把白噪声x（t）作为试验信号加入系统，则输入量x（t）和量测量z（t）间的互相关函数Rx（τ）直接与脉冲响应函数g（τ）成正比。这一重要结论指出：如果构成一白噪声试验信号，则只需要计算出输入量和量测量间的互相关函数，就能立即求出系统的脉冲响应函数g（τ）。

由互相关函数定义，可写出：

；

因工程上实现延时比领先更容易，故置换积分变量，则：

。

用频域测量法研究电力系统建模和参数测试的最大优点是可以得到系统的频率特性的信息，据此即可以知道系统的模型结构和参数。频域法的主要缺点是，它采用了线性化的电力系统数学模型，不能很好地考虑各种非线性因素。

时域测试法是指控制系统在一定的输入下，根据输出量的时域表达式，分析系统的模型结构，得到系统模型的参数。这是一种直接方法，而且比较准确，可以提供系统时域响应的全部信息。由于时域分析是直接在时间域中对系统进行分析的方法，所以时域分析具有直观和准确的优点。系统输出量的时域表示可由微分方程得到，也可由传递函数得到。

时域测试法一般用于一、二阶系统的建模和参数测试。在风电机组建模和参数测试中，可以对风电机组各个部件或控制环节进行分解，分别表达为一阶系统或二阶系统。

一阶系统数学表达式如下：

；

其中，y（t）为输出量，r（t）为输入量，T为时间常数。

二阶系统数学表达式如下：

；

其中，y（t）为输出量，r（t）为输入量，T为时间常数，ξ为阻尼系数，ωn为无阻尼振荡频率。

时域测量法的主要优点是结果清晰、明了、直观、可以考虑更多的机组，每台机组可以用更高阶数的方程描述从而得到更准确的模型，还可更详细地考虑负荷的静特性和动特性，因而使研究结果更接近于实际。

时域法的主要缺点是不能纵观全局，对一个复杂多机系统，时域法不能同时获得全系统所有机电振荡模式的全部信息。每一个变量的时域响应曲线，包含了所有模式的信息以不同比例的合成。时域响应曲线还和施加扰动量的大小、地点有关。特别需要指出的是，当要用系统试验的方法来研究或考核频域法的研究结果时，在系统试验前用时域法进行计算研究是必要的和有益的。

在上述实施例的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中，基于PSASP的风电机组模型，根据传递函数框图，在电力系统分析综合程序中建立自定义模型，以对每个控制环节进行详细仿真分析；并考虑各种附加限制环节，建立自定义模型如1~图12所示。

在上述实施例的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法中，风电机组功率扰动仿真校验，在PSASP程序中建立单机无穷大模型，模拟风力风电机组接入电网的实际情况，如图13所示。具体包括：

⑴有功扰动试验仿真校验：

根据模型参数辨识结果，来模拟风电机组通过手动变桨操作而进行功率扰动试验的情况。在PSASP中的单机无穷大系统中，对风电机组桨矩角指令进行阶跃试验，阶跃量为0~7度。

⑵无功扰动试验仿真校验：

根据模型参数辨识结果，来模拟风电机组无功给定阶跃试验的情况。在PSASP中的单机无穷大系统中，对风电机组的无功指令进行阶跃试验，阶跃量为20MVar度。

所建立的自定义风电机组模型及其参数配置可以反映该风电机组的有功调节动态特性，使用该自定义风电机组模型和参数，可以为电网稳定计算提供较为准确的计算数据。

综上所述，本发明上述实施例的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，建立的PSASP和BPA环境下的适用于机电暂态过程的风电机组数学模型，模型和参数可以准确模拟该风电机组和风电场的动态特性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，其特征在于，主要包括：

a、基于PSASP的风电机组模型，根据传递函数框图，在PSASP中建立自定义模型，对每个控制环节进行详细仿真分析，获得每个自定义模型的参数辨识结果；

b、风电机组功率扰动仿真校验，在PSASP程序中建立单机无穷大模型，模拟风力风电机组接入电网的实际情况。

2.根据权利要求1所述的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，其特征在于，在步骤a中，所述在PSASP中建立自定义模型的操作，具体包括：

考虑各种附加限制环节，建立风电机组各组件的自定义模型，并对风电机组各组件的自定义模型进行参数配置。

3.根据权利要求2所述的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，其特征在于，所述风电机组各组件的自定义模型，具体包括风电机组12个组件的自定义模型。

4.根据权利要求2或3所述的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，其特征在于，所述风电机组各组件的自定义模型和风电机组各组件的自定义模型的参数配置，具体为能够反映该风电机组的有功调节动态特性、且能为电网稳定计算提供计算数据的自定义模型和参数配置。

5.根据权利要求1所述的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，其特征在于，在步骤b中，所述风电机组功率扰动仿真校验的操作，具体包括：

b1、对有功扰动试验进行仿真校验；

b2、对无功扰动试验进行仿真校验。

6.根据权利要求5所述的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，其特征在于，所述步骤b1具体包括：

根据每个自定义模型的参数辨识结果，模拟风电机组通过手动变桨操作而进行功率扰动试验的情况；

在PSASP中的单机无穷大系统中，对风电机组桨矩角指令进行阶跃试验，阶跃量为0~7度。

7.根据权利要求6所述的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，其特征在于，所述根据每个自定义模型的参数辨识结果，模拟风电机组通过手动变桨操作而进行功率扰动试验的情况的操作，具体包括：

根据每个自定义模型的参数辨识结果，用频域测量法研究电力系统建模和参数测试，采用白噪声信号作为测试信号，模拟风电机组通过手动变桨操作而进行功率扰动试验的情况。

8.根据权利要求5所述的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，其特征在于，所述步骤b2具体包括：

根据每个自定义模型的参数辨识结果，模拟风电机组无功给定阶跃试验的情况；

在PSASP中的单机无穷大系统中，对风电机组的无功指令进行阶跃试验，阶跃量为20MVar度。

9.根据权利要求8所述的基于PSASP的风电机组模型及其功率扰动仿真校验方法，其特征在于，所述根据每个自定义模型的参数辨识结果，模拟风电机组无功给定阶跃试验的情况的操作，具体包括：

根据每个自定义模型的参数辨识结果，采用时域测试法，模拟风电机组无功给定阶跃试验的情况。

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