CN104361170B - 适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法,通过对风电场内风电机组按照类型、型号划分群组,再将同一群组内的风电机组按照固定比例分为受故障影响最敏感机群、较敏感机群和不敏感机群三类,采用单机倍乘的方法对不同机群进行聚合建模,并按照线路等值原则计算等值线路的阻抗参数,建立风电场等值模型。本发明满足尽可能用较少的风电机组台数反映风电场的实际特性,操作简单,便于工程实现,且对于千万千瓦级风电基地和大规模风电汇集系统接入后的电网暂态稳定性研究具有积极的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种建模方法,具体涉及一种适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法。
背景技术
随着我国风力发电的持续快速发展,以风电为主的新能源已成为东北、内蒙、甘肃等十余省份的第二大电源,新能源正在经历由补充性能源向替代能源转变的历史性阶段。风电作为电源具有间歇性和难以调度的特性,其对电网安全稳定的影响与常规同步发电机组不同,为了准确分析大规模风电接入对电网安全稳定运行的影响,需要建立能够准确反应风电场故障运行特性的模型。
大型风电场模型的详细程度取决于所研究的问题。在研究大规模风电接入对电网安全稳定运行的影响问题时,关注的焦点是风电场对电网短路故障的整体影响,而非风电场内部故障、保护及风电机组之间的相互作用影响等问题。同时,由于大型风电场一般由几十台到几百台风电机组构成,若建立详细模型不仅工作量大、降低仿真速度,且进一步加剧了已有的电力系统“维数灾”问题。因此,可以在风电场整体响应特性不变的情况下,对风电场进行简化建模。
在电力系统稳定性研究中,现有的风电场等值建模方法存在以下不足:
(1)片面强调风速变化引起的风电场功率响应,在暂态稳定性分析时,所关心的时间尺度不超过2s,在如此短的时间段内讨论风速波形及风速变化意义不大。
(2)通过短路计算方式确定风电场的组群划分,这在大型风电基地和大规模风电集中接入系统的等值研究中难于应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法,满足尽可能用较少的风电机组台数反映风电场的实际特性,且该建模方法操作简单,便于工程实现。
为了实现上述发明目的,本发明采取如下技术方案:
本发明提供一种适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法,所述方法包括以下步骤:
步骤1:收集风电场基本信息;
步骤2:将风电机组划分为风电场群组;
步骤3:将风电场群组划分为多个风电场机群;
步骤4:根据等值原则建立风电场等值模型,并计算馈线参数。
所述步骤1中,风电场基本信息包括风电场总装机容量、风电场风电机组台数、风电场风电机组基本信息、风电场变压器技术参数、风电场馈线技术参数和风电场无功补偿设备技术参数;
风电场风电机组基本信息包括风电机组的类型、型号、额定电压、额定视在功率和额定电流;
风电场变压器技术参数包括型号、额定容量、电压分接头、接线组别、阻抗电压、短路损耗、空载损耗和空载电流;
风电场所有馈线技术参数包括线路长度、型号、额定电流、正序/负序/零序电阻、电抗和对地电容值;
风电场无功补偿设备技术参数包括无功补偿设备类型、感性/容性安装容量、感性/容性实际可用容量、系统响应时间和保护定值。
所述步骤2中,按照风电场内风电机组类型、型号将风电机组划分为多个风电场群组,即将相同类型和型号的风电机组划分为一个风电场群组。
所述步骤3中,将同一风电场群组内的风电机组按照固定比例划分为多个风电场机群,风电场机群包括最敏感机群、较敏感机群和不敏感机群;
最敏感机群是指受系统短路故障影响最严重的风电机组群,即风电机组距离并网点距离较近,为分布在风电场馈线首端的风电机组;
较敏感机群是指受系统短路故障影响较严重的风电机组群,即风电机组距离并网点距离较远,为分布在风电场馈线中部的风电机组;
不敏感机群是指受系统短路故障影响较小的风电机组群,即风电机组距离并网点距离最远,为分布在风电场馈线末端的风电机组。
根据风电场实际运行数据分析,风电场机群划分的固定比例为:最敏感机群和不敏感机群各占25%,较敏感机群占50%。
所述步骤4中,根据等值原则建立风电场等值模型过程如下:
(1)将同一风电场机群的最敏感机群、较敏感机群和不敏感机群分别采用单机倍乘方法建模,得到最敏感机群等值模型、较敏感机群等值模型和不敏感机群等值模型,最敏感机群等值模型、较敏感机群等值模型和不敏感机群等值模型各自的视在功率、有功功率和无功功率分别等于风电场机群所有风电机组的视在功率、有功功率和无功功率之和;
(2)将同一风电场机群的最敏感机群等值模型、较敏感机群等值模型和不敏感机群等值模型通过串联方式连接并送出。
所述步骤4中,风电场等值后的馈线参数按照以下步骤计算:
(a)计算等值后风电场群组内馈线的首段线路长度lss,其等于等值前风电场群组内所有馈线的首段长度的平均值,有:
其中,m为等值前风电场群组内馈线总回数,li-1为第i条馈线的首段线路长度;
(b)将等值前风电场群组内所有除首段外的馈线按线路型号进行分类,分别计算不同型号线路的长度之和,并除以等值前风电场群组内馈线总回数,得到除首段外等值后不同型号线路的长度;有:
其中,lb为等值后b型号线路的长度,n为等值前该型号线路在不同馈线中的编号集合,li-j为第i条馈线的第j段线路长度;
(c)确定风电场群组等值后的馈线总长度,其为lss与除首段外等值后不同型号线路的长度之和,并将等值后馈线采用末端线径细首端线径粗顺序连接;
最敏感机群等值后的送出线路型号与等值前首段线路相同,接入点为首段线路的末端;
不敏感机群接入点为等值线路的末端;
较敏感机群接入点为距离最敏感机群和不敏感机群线路阻抗相等的并网点。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明提供了一种适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法,通过对风电场内风电机组按照类型、型号划分群组,再将同一群组内的风电机组按照固定比例分为受故障影响最敏感机群、较敏感机群和不敏感机群三类,采用单机倍乘的方法对不同机群进行聚合建模,并按照线路等值原则计算等值线路的阻抗参数,建立风电场等值模型。本发明满足尽可能用较少的风电机组台数反映风电场的实际特性,操作简单,便于工程实现,且对于千万千瓦级风电基地和大规模风电汇集系统接入后的电网暂态稳定性研究具有积极的意义。
附图说明
图1是本发明实施例中适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法流程图;
图2是本发明实施例中风电场群组等值前示意图;
图3是本发明实施例中风电场群组等值后示意图;
图4是本发明实施例中典型风电场详细模型结构示意图;
图5是本发明实施例中风电场等值模型结构示意图;
图6是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.3pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点电压仿真对比结果示意图;
图7是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.3pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点无功电流仿真对比结果示意图;
图8是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.3pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点有功功率仿真对比结果示意图;
图9是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.3pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点无功功率仿真对比结果示意图;
图10是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.5pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点电压仿真对比结果示意图;
图11是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.5pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点无功电流仿真对比结果示意图;
图12是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.5pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点有功功率仿真对比结果示意图;
图13是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.5pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点无功功率仿真对比结果示意图;
图14是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.7pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点电压仿真对比结果示意图;
图15是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.7pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点无功电流仿真对比结果示意图;
图16是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.7pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点有功功率仿真对比结果示意图;
图17是本发明实施例中系统发生三相短路故障使风电场并网点跌落至0.7pu时,风电场采用详细模型和等值模型的并网点无功功率仿真对比结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1,本发明提供一种适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法,所述方法包括以下步骤:
步骤1:收集风电场基本信息;
步骤2:将风电机组划分为风电场群组;
步骤3:将风电场群组划分为多个风电场机群;
步骤4:根据等值原则建立风电场等值模型,并计算馈线参数。
所述步骤1中,风电场基本信息包括风电场总装机容量、风电场风电机组台数、风电场风电机组基本信息、风电场变压器技术参数、风电场馈线技术参数和风电场无功补偿设备技术参数;
风电场风电机组基本信息包括风电机组的类型、型号、额定电压、额定视在功率和额定电流;
风电场变压器技术参数包括型号、额定容量、电压分接头、接线组别、阻抗电压、短路损耗、空载损耗和空载电流;
风电场所有馈线技术参数包括线路长度、型号、额定电流、正序/负序/零序电阻、电抗和对地电容值;
风电场无功补偿设备技术参数包括无功补偿设备类型、感性/容性安装容量、感性/容性实际可用容量、系统响应时间和保护定值。
所述步骤2中,按照风电场内风电机组类型、型号将风电机组划分为多个风电场群组,即将相同类型和型号的风电机组划分为一个风电场群组。
所述步骤3中,将同一风电场群组内的风电机组按照固定比例划分为多个风电场机群,风电场机群包括最敏感机群、较敏感机群和不敏感机群;
最敏感机群是指受系统短路故障影响最严重的风电机组群,即风电机组距离并网点距离较近,为分布在风电场馈线首端的风电机组;
较敏感机群是指受系统短路故障影响较严重的风电机组群,即风电机组距离并网点距离较远,为分布在风电场馈线中部的风电机组;
不敏感机群是指受系统短路故障影响较小的风电机组群,即风电机组距离并网点距离最远,为分布在风电场馈线末端的风电机组。
根据风电场实际运行数据分析,风电场机群划分的固定比例为:最敏感机群和不敏感机群各占25%,较敏感机群占50%。
所述步骤4中,根据等值原则建立风电场等值模型过程如下:
(1)将同一风电场机群的最敏感机群、较敏感机群和不敏感机群分别采用单机倍乘方法建模,得到最敏感机群等值模型、较敏感机群等值模型和不敏感机群等值模型,最敏感机群等值模型、较敏感机群等值模型和不敏感机群等值模型各自的视在功率、有功功率和无功功率分别等于风电场机群所有风电机组的视在功率、有功功率和无功功率之和;
(2)将同一风电场机群的最敏感机群等值模型、较敏感机群等值模型和不敏感机群等值模型通过串联方式连接并送出(如图2和图3)。
所述步骤4中,风电场等值后的馈线参数按照以下步骤计算:
(a)计算等值后风电场群组内馈线的首段线路长度lss,其等于等值前风电场群组内所有馈线的首段长度的平均值,有:
其中,m为等值前风电场群组内馈线总回数,li-1为第i条馈线的首段线路长度;
(b)将等值前风电场群组内所有除首段外的馈线按线路型号进行分类,分别计算不同型号线路的长度之和,并除以等值前风电场群组内馈线总回数,得到除首段外等值后不同型号线路的长度;有:
其中,lb为等值后b型号线路的长度,n为等值前该型号线路在不同馈线中的编号集合,li-j为第i条馈线的第j段线路长度;
(c)确定风电场群组等值后的馈线总长度,其为lss与除首段外等值后不同型号线路的长度之和,并将等值后馈线采用末端线径细首端线径粗顺序连接;
最敏感机群等值后的送出线路型号与等值前首段线路相同,接入点为首段线路的末端;
不敏感机群接入点为等值线路的末端;
较敏感机群接入点为距离最敏感机群和不敏感机群线路阻抗相等的并网点,如图3,其中Z2=Z3。
实施例
图4所示为某并网大型风电基地风电场详细模型示意图。该风电场总装机容量为201MW,由134台1.5MW双馈变速风电机组构成。其中A型和B型风电机组各67台。风电场场内馈线参数如表1所示。
表1
按照本发明提出的群组划分方法,将风电场划分为A、B两个群组,再根据机群划分原则,将两个群组分别划分为3个机群,其中A群组和B群组中最敏感机群和不敏感机群的风电机组均为17台,较敏感机群的风电机组为33台。
根据表1给出的风电场馈线参数,经计算可以得到等值后A群和B群送出线路参数,并采用单机倍乘建模方法,建立风电场的等值模型。图5所示为风电场等值后的模型示意图,图中给出了等值后场内馈线的型号和长度。
为了校验建立的风电场等值模型的准确性,同时验证本方法的有效性。下面通过设置系统三相短路故障,使风电场并网点电压分别跌落至0.3pu、0.5pu、0.7pu,对风电场采用详细模型和等值模型的仿真结果进行对比分析。如图6至图17所示,分别为风电场并网点电压跌落至0.3pu、0.5pu和0.7pu时,风电场采用详细模型和等值模型的风电场并网点电压、无功电流、有功功率和无功功率的仿真对比结果。图中实线为风电场详细模型仿真结果;虚线为等值模型仿真结果。对比可见,在三个仿真工况下,风电场采用详细模型和等值模型的仿真结果在整个仿真过程中基本是重合的,验证了本方法的有效性和可行性。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
步骤1:收集风电场基本信息;
步骤2:将风电机组划分为风电场群组;
步骤3:将风电场群组划分为多个风电场机群;
步骤4:根据等值原则建立风电场等值模型,并计算馈线参数;
所述步骤3中,将同一风电场群组内的风电机组按照固定比例划分为多个风电场机群,风电场机群包括最敏感机群、较敏感机群和不敏感机群;
最敏感机群是指受系统短路故障影响最严重的风电机组群,即风电机组距离并网点距离较近,为分布在风电场馈线首端的风电机组;
较敏感机群是指受系统短路故障影响较严重的风电机组群,即风电机组距离并网点距离较远,为分布在风电场馈线中部的风电机组;
不敏感机群是指受系统短路故障影响较小的风电机组群,即风电机组距离并网点距离最远,为分布在风电场馈线末端的风电机组;
所述步骤4中,风电场等值后的馈线参数按照以下步骤计算:
(a)计算等值后风电场群组内馈线的首段线路长度lss,其等于等值前风电场群组内所有馈线的首段长度的平均值,有:
<mrow>
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</mrow>
其中,m为等值前风电场群组内馈线总回数,li-1为第i条馈线的首段线路长度;
(b)将等值前风电场群组内所有除首段外的馈线按线路型号进行分类,分别计算不同型号线路的长度之和,并除以等值前风电场群组内馈线总回数,得到除首段外等值后不同型号线路的长度;有:
<mrow>
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</mrow>
</msub>
</mrow>
其中,lb为等值后b型号线路的长度,n为等值前该型号线路在不同馈线中的编号集合,li-j为第i条馈线的第j段线路长度;
(c)确定风电场群组等值后的馈线总长度,其为lss与除首段外等值后不同型号线路的长度之和,并将等值后馈线采用末端线径细首端线径粗顺序连接;
最敏感机群等值后的送出线路型号与等值前首段线路相同,接入点为首段线路的末端;
不敏感机群接入点为等值线路的末端;
较敏感机群接入点为距离最敏感机群和不敏感机群线路阻抗相等的并网点。
2.根据权利要求1所述的适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法,其特征在于:所述步骤1中,风电场基本信息包括风电场总装机容量、风电场风电机组台数、风电场风电机组基本信息、风电场变压器技术参数、风电场馈线技术参数和风电场无功补偿设备技术参数;
风电场风电机组基本信息包括风电机组的类型、型号、额定电压、额定视在功率和额定电流;
风电场变压器技术参数包括型号、额定容量、电压分接头、接线组别、阻抗电压、短路损耗、空载损耗和空载电流;
风电场馈线技术参数包括线路长度、型号、额定电流、正序/负序/零序电阻、电抗和对地电容值;
风电场无功补偿设备技术参数包括无功补偿设备类型、感性/容性安装容量、感性/容性实际可用容量、系统响应时间和保护定值。
3.根据权利要求1所述的适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法,其特征在于:所述步骤2中,按照风电场内风电机组类型、型号将风电机组划分为多个风电场群组,即将相同类型和型号的风电机组划分为一个风电场群组。
4.根据权利要求1所述的适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法,其特征在于:根据风电场实际运行数据分析,风电场机群划分的固定比例为:最敏感机群和不敏感机群各占25%,较敏感机群占50%。
5.根据权利要求1所述的适于大规模风电并网暂态稳定分析的风电场等值建模方法,其特征在于:所述步骤4中,根据等值原则建立风电场等值模型过程如下:
(1)将同一风电场机群的最敏感机群、较敏感机群和不敏感机群分别采用单机倍乘方法建模,得到最敏感机群等值模型、较敏感机群等值模型和不敏感机群等值模型,最敏感机群等值模型、较敏感机群等值模型和不敏感机群等值模型各自的视在功率、有功功率和无功功率分别等于风电场机群所有风电机组的视在功率、有功功率和无功功率之和;
(2)将同一风电场机群的最敏感机群等值模型、较敏感机群等值模型和不敏感机群等值模型通过串联方式连接并送出。
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---|---|---|---|---|
CN101882167A (zh) * | 2009-11-25 | 2010-11-10 | 中国电力科学研究院 | 一种大规模风电集中接入电网的风电场等值建模方法 |
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 |
CN102709947A (zh) * | 2012-06-12 | 2012-10-03 | 中国电力科学研究院 | 基于微电压偏差的风电场等值方法 |
CN102799722A (zh) * | 2012-07-05 | 2012-11-28 | 中国电力科学研究院 | 一种风电场低电压穿越能力仿真验证方法 |
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2014
- 2014-11-06 CN CN201410638554.4A patent/CN104361170B/zh active Active
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风电场动态等值模型的多机表征方法;米增强;《电工技术学报》;20100531;第25卷(第5期);全文 * |
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Publication number | Publication date |
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