CN104820741A - 兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，包括：根据风电场分散特性与场内风电机组差异特性两种因素，确定风电场机组分群标准；按上述分群标准，分别将风电场机组分成不同的机群；根据风电场机组所述机群的不同，分别采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模；对等值模型进行等值机参数辨识与风电场内部电网阻抗等值；本发明有益效果：本发明所提等值方法在分群上更加合理，更能准确反映风电场在并网点处的动态响应特性，本发明所建模型在并网点处动态特性更接近于真实风电场特性。

Description

兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法

技术领域

本发明涉及风电场动态等值技术领域，尤其涉及一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法。

背景技术

随着大型、超大型风电场或场群持续不断的接入电网，风电已成为电力系统的重要组成部分。考虑风电的随机性，波动性将显著影响电力系统的动、暂态稳定性，且异步运行的风电机组需要从电网侧吸收一定无功功率以建立磁场，因此当风电场并网点发生故障时，系统侧无功功率将会出现大幅缺额，乃至造成全网电压崩溃。由此使得风电场对电网的安全运行存在较大影响，研究风电场的动态等值建模方法意义重大。

在电力系统分析工具中对每台风电机组进行详细建模，不仅模型复杂、计算量大，仿真速度也会受到较大影响，甚至还需对风机模型进行修正。为正确分析风电场与电力系统的相互影响，需要有一种合适的动态等值建模方法。目前风电场动态等值建模方法研究可概括为以下两类：

第一类是单机等值法，即整个风电场等值为一台机组，包括等值风速法、基于风速差异性的等值法等。其中，等值风速法原理简单，易于操作，但由于风电机组的输入转矩与风速的三次方有关，该方法仅适用于风速差异较小的风电场。对于规模较大、地形复杂的风电场，其分散性较大，风机处于不同运行点，在电网侧故障情况下不同运行点的风机轴系动态特性不同，单机模型难以准确反映整个风电场动态特性，而基于风速差异性等值法充分考虑了风能的分散性，适用于风速差异性较明显的风电场。但风电机组的运行点不能用风速唯一表征，且随风速的变化机组分群也会变化，此外，分群数亦会随着风速差异性的增大而增加。

第二类是多机等值法，该类方法首先将机组以合适的分群标准进行分群，然后将同群机组等值为一台机组，以此使整个风电场可等值为几台机组，基于滑差同调的等值法即为多机等值法。基于滑差同调的等值法适合在含有多种风机的风电场，通常属于同一种类风力发电机的特征值是相等或相近的，可以被聚合为一台等值机。但该方法忽略了风速的分散性，在地形复杂、规模较大的风电场中应用时准确性会受到影响。

不难发现，上述等值建模方法的使用范围较为单一，难以用在工况复杂的风电场建模中，受限的主要原因是机组分群标准比较单一，甚至不分群，使得等值时难以保留风电场完整的动态特性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，该方法在充分考虑风电场分散特性与场内机组特性差异两方面因素基础上，提出了一种含有上述两方面因素的分群标准，并以此分群标准为基础，提出了改进的风电场动态等值建模方法，可以在保证等值机台数最小可控的前提下，实现对实际风电场运行状况(动态行为)最大程度的真实反应。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，包括以下步骤：

(1)根据风电场分散特性与场内风电机组差异特性两种因素，确定风电场机组分群标准；

(2)按上述分群标准，分别将风电场机组分成不同的机群；

(3)根据风电场机组所述机群的不同，分别采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模；

(4)对等值模型进行等值机参数辨识，并对风电场内部电网阻抗进行等值，得到风电场的动态等值模型，实时反映风电场的实际运行状况。

所述步骤(1)中的风电场机组分群标准包括:

1)计及风电场地形多样性以及分散性的分群准则：根据风电场的地理地形分布，将风电场分为平地机群、坡地机群类型；

2)计及场内机组特性差异的分群准则：根据风电场内机组的实际构成情况，按不同机组特性或不同机组类别，对风电场进行相应的群等值。

所述步骤(2)中采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模的方法具体为：

对于平地机群，采用Jensen尾流模型，并利用同调等值聚合方法对机组进行建模，在平坦地形条件下尾流对风速的影响如下式所示：

       $V_x=V_0\{1-[1-{(1-C_T)}^{1/2}\left]\frac{R}{R+\mathrm{kX}}\right\}$

式中，V₀，V_x分别为初始风速和受尾流影响的风速，R为风机叶轮半径，X是沿着风速方向两台风机间距离，C_T是风电机组的推力系数，k为尾流下降系数。

所述步骤(2)中采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模的方法具体为：

对于坡地机群，受到高度变化影响，风速存在垂直切量变化，采用适用于复杂地形条件下的Lissaman模型，其尾流对风速的影响如下式所示：

       $V_x=V_0{\left(\frac{h+H}{h}\right)}^{a_l}(1-d)$

式中，V₀，V_x分别为初始风速和受尾流影响的风速，a_l为风速随高度变化系数，h为风机的塔筒高度；H为输出矩阵；

d为对应的风速下降系数，

       $d=[1-{(1-C_T)}^{1/2}]{\left(\frac{R}{R+\mathrm{kX}}\right)}^2;$

其中，R为风机叶轮半径，X是沿着风速方向两台风机间距离，k为尾流下降系数；C_T是风电机组的推力系数；

所述步骤(3)中采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模的方法具体为：

对于双馈风力发电机组，采用同调等值方法辨别机组是否同群，即在某一干扰下如果多台机组滑差变化曲线相似，则称这几台机组为滑差同调，归为同一机群，被聚合为一台等值机。

所述步骤(4)中对等值模型进行等值机参数辨识的方法具体为：

a)将风电场真实的运行系统和风电场机组等值模型系统分别用线性化状态方程表示；

b)设扰动信号为d，测量原型系统输出量Y；

c)在同一扰动下，测量等值系统的输出量Y(α)，误差e＝Y-Y(α)；

d)通过反复更新参数向量α，直到误差e满足设定精度,得到参数α的最优估计值。

所述步骤a)的具体方法为：

风电场真实的运行系统的状态方程为：

       $\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{X}=\mathrm{AX}+d\\ Y=\mathrm{HX}\end{array}\right.$

式中，X为系统状态量，Y为输出量，d为人为扰动时间函数，A为系统矩阵，H为输出矩阵；

风电场机组等值模型系统的状态方程为：

       $\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\hat{X}}\left(\mathrm{\α}\right)=\hat{A}\left(\mathrm{\α}\right)\hat{X}\left(\mathrm{\α}\right)+d\\ \hat{Y}\left(\mathrm{\α}\right)=\hat{H}\left(\mathrm{\α}\right)\hat{X}\left(\mathrm{\α}\right)\end{array}\right.$

式中，α为等值系统的参数，和分别为参数向量α的系统矩阵函数、系统状态量函数和输出矩阵函数。

所述步骤(4)中内部电网等值阻抗的求解步骤如下：

计算沿风电场内电网的集电线路电压降ΔU_i；

由权重法求得平均电压降ΔU；

根据风电场内电网的集电线路等值电路电压降，得到内电网的等值阻抗。

风电场内电网的集电线路采用串联型连接方式时，所述沿风电场内电网的集电线路电压降ΔU_i具体为：

       $\mathrm{\Δ}{U}_i=\mathrm{\Δ}{U}_{i-1}+\frac{P_{\mathrm{ti}}{Z}_i}{U_i},i=1...n$

平均电压降ΔU为：

       $\mathrm{\ΔU}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ti}}{U}_{\mathrm{ti}}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ti}};$

其中，ΔU_i-1为i-1段线路电压降、P_ti为i段至n段线路的传输功率、Z_i为第i段线路阻抗、U_i为第i段线路电压；P_k为第k段线路上的传输功率。

由权重法求得平均电压降ΔU为：

       $\mathrm{\ΔU}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ti}}{U}_{\mathrm{ti}}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ti}};$

根据风场内电网的集电线路等值电路电压降ΔU＝P_eqZ_eq/U_N；得到内电网的等值阻抗

Z_eq为：

       $Z_{\mathrm{eq}}=U_N\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ti}}\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{ti}}/P_{\mathrm{eq}}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ti}}$

其中，P_ti为i段至n段线路的传输功率、U_i为第i段线路电压、U_N为线路额定电

压、P_eq为等值网络传输功率。

本发明的有益效果是：

方法在风电机组分群时考虑风电场及风速的分散性，从而解决风电场在规模上越来越大，等值模型受地形和尾流效应的影响起来越突出的问题；同时该模型方法又兼顾风机特性的差异性，以此解决因投产时期不同所造成的风电场内机组在特性参数甚至是种类上存在较大差异性的问题。

本发明在机组分群时兼顾风场分散性与机组特性差异性双重标准，利用同调等值思想与方法构建了一个考虑两种标准的、改进的风电场动态等值模型，通过与传统方法在三相短路、两相接地短路及单相短路故障下的动态特性进行对比，验证了本发明所提方法在等值效果上的优越性，本发明所提等值方法在分群上更加合理，更能准确反映风电场在并网点处的动态响应特性。本发明所建模型在并网点处动态特性更接近于真实风电场特性。

附图说明

图1为串联型集电线路等值电路示意图；

图2为风电场布局详细模型示意图；

图3(a)-图3(d)分别为单相短路时，本发明实施例等值模型I-等值模型IV在并网点处的有功功率曲线；

图4(a)-图4(d)分别为单相短路时，本发明实施例等值模型I-等值模型IV在并网点处的无功功率曲线；

图5(a)-图5(d)分别为单相短路时，本发明实施例等值模型I-等值模型IV在并网点处的母线电压曲线；

图6(a)-图6(d)分别为两相短路时，本发明实施例等值模型I-等值模型IV在并网点处的有功功率曲线；

图7(a)-图7(d)分别为两相短路时，本发明实施例等值模型I-等值模型IV在并网点处的无功功率曲线；

图8(a)-图8(d)分别为两相短路时，本发明实施例等值模型I-等值模型IV在并网点处的母线电压曲线；

图9(a)-图9(d)分别为三相短路时，本发明实施例等值模型I-等值模型IV在并网点处的有功功率曲线；

图10(a)-图10(d)分别为三相短路时，本发明实施例等值模型I-等值模型IV在并网点处的无功功率曲线；

图11(a)-图11(d)分别为三相短路时，本发明实施例等值模型I-等值模型IV在并网点处的母线电压曲线。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

1考虑分散性的风场等值方法

1.1等值分群标准

当前研究，要么按矩阵式排列考虑尾流效应，要么按机组类型进行分群，鲜见有同时考虑风电场地型分散特性及机组特性差异两方面因素的相关研究。

本发明所提风电场等值模型可同时考虑风电场分散特性与场内机组差异特性两方面因素，通过对实际运行状态的准确把握，所建模型可以更为准确的反应风电场的实际动态特征行为。

本发明提出以下两条具体分群标准：

①计及风电场地形多样性、分散性(或可称为风速分散性)的分群准则。该分群准则根据风电场的地理地形分布，可将风电场分为平地、坡地(包括前坡、后坡)等多种类型。不同类型的自由组合可涵盖当前风电场的主要分布形态。同时在每种形态下的等值机群将分别使用适用于该地形特征的尾流模型，以使等值模型更为精确。

②计及场内机组特性(或机组类别)差异的分群准则。该分群准则将根据风电场内机组的实际构成情况，按不同机组特性或不同机组类别进行相应的风电机群等值。

通过上述风电场机组分群标准对风电场机群进行等值，可以在保证等值机台数最小可控的前提下，实现对实际风电场运行状况(动态行为)最大程度的真实反应，对于风电场相关研究，特别是动态行为特性研究而言，完全可以根据研究的需要得到最合适的等值模型。

1.2等值建模方法

按上述分群标准，在等值建模中将分别采用不同尾流模型，对于平地机群等值将采用Jensen尾流模型，并利用同调等值聚合方法对机组进行建模，根据Jensen模型可知，在平坦地形条件下尾流对风速的影响如式(1)所示：

       $V_x=V_0\{1-[1-{(1-C_T)}^{1/2}\left]\frac{R}{R+\mathrm{kX}}\right\}---\left(1\right)$

式中，V₀,V_T,V_x分别为初始风速、首次通过叶片的风速和受尾流影响的风速，R为风机叶轮半径，X是沿着风速方向两台风机间距离，C_T是风电机组的推力系数，k为尾流下降系数。

对于坡地(本发明默认坡地均指前坡)，则受到高度变化影响，风速存在垂直切量变化，此时可使用适用于复杂地形条件下的Lissaman模型，其尾流对风速的影响如式(2)所示

       $V_x=V_0{\left(\frac{h+H}{h}\right)}^{a_l}(1-d)---\left(2\right)$

式中，a_l为风速随高度变化系数，h为风机的塔筒高度，d为对应的风速下降系数。

对于双馈风力发电机组，采用同调等值思想辨别机组是否同群，即在某一干扰下如果多台机组滑差变化曲线相似，则可称这几台机组为滑差同调，归为同一机群。

首先，机组运动方程为：

       $T_J\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=T_m-T_e---\left(3\right)$

式中，T_J为惯性时间常数，是感应电机与风力机的惯性时间常数之和；ω为转子转速，T_m为机械转矩，T_e为电磁转矩。

当以标幺值表示机组滑差s时，可得机组运动方程为：

       $T_J\frac{\mathrm{ds}}{\mathrm{dt}}=T_e-T_m---\left(4\right)$

为简化分析，通常假设T_m为常数，并不计定转子暂态过程，则可得：

       $T_e=u^2\frac{R_r/s}{{(R_s+R_r/s)}^2+{(X_s+X_r)}^2}---\left(5\right)$

式中，u为定子电压，R_s是定子电阻，X_s为定子电抗，R_r为转子电阻，X_r为转子电抗。通常情况下，滑差绝对值小于1％，故R_s<<R_r/s。

在小干扰下，机组的特征值决定其动态特性，由此将式(5)在稳态运行初始化滑差s₀附近线性化得到ΔT_e＝λΔs，其中λ为：

       $\mathrm{\&lambda;}=u^2\frac{{R_r}^3-2R_r{(\mathrm{Xs}+\mathrm{Xr})}^2{s_0}^2}{{[{R_r}^2+{(X_s+X_r)}^2{s_0}^2]}^2}---\left(6\right)$

由于|s|<1％，则可简化得到：

       $\mathrm{\&lambda;}=\frac{u^2}{R_r}---\left(7\right)$

将上述推导及式(7)代入式(3)可得：

       $\frac{\mathrm{d\&Delta;s}}{\mathrm{dt}}=\frac{u^2}{T_J{R}_r}\mathrm{\&Delta;s}---\left(8\right)$

当系统稳态时，各风电机组的机端电压差别不大，由式(8)可知机组特征值取决于T_J与R_r的乘积，与风机的运行状态无关。显然属于同一类型的风电机组特征值是相等的，滑差在动态过程中变化情况相似，可归为滑差同调机群，从而可被聚合为一台等值机。

2等值机参数计算与内网等值

2.1等值机参数辨识

等值机参数的常用计算方法有加权法和辨识法。加权法比较简单，计算量小，在工程精度要求不高时可采用；辨识法计算量大，较为复杂，但更加精确。

辨识中，当风机未达额定状态时，系统侧发生三相故障时等值模型效果不佳，特别是有功功率的动态响应，这是等值机参数精度不够造成的，本发明将通过辨识法改善此问题。

原型系统和等值系统可用类似线性化状态方程表示，设原型系统的状态方程为：

       $\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\&CenterDot;}{X}=\mathrm{AX}+d\\ Y=\mathrm{HX}\end{array}\right.---\left(9\right)$

式中，X为系统状态量，Y为输出量，d为人为扰动时间函数，A为系统矩阵，H为输出矩阵。

等值系统的状态方程表示如下：

       $\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\&CenterDot;}{\hat{X}}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)=\hat{A}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)\hat{X}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)+d\\ \hat{Y}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)=\hat{H}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)\hat{X}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)\end{array}\right.---\left(10\right)$

式中，α为等值系统的参数，X(α)、A(α)、Y(α)、H(α)均为参数向量α的函数。

设扰动信号为d，测量原型系统输出量Y；在同一扰动下，测量等值系统的输出量Y(α)，误差e＝Y-Y(α)，通过反复更新参数向量α，直到误差e满足规定精度，此时则可得到参数α的最优估计值。

2.2风电场内部电网等值

风场机组间常用电缆相连，如果完全忽略电缆自身损耗将会影响所得等值模型精度，为使等值模型更加精确，有必要对风电场内部电网进行等值。当场内电网的集电线路采用常见的串联型连接方式时，其结构如图1所示。

则内部电网等值阻抗的求解步骤如下：

首先计算沿线路的电压降ΔU_i

       $\mathrm{\&Delta;}{U}_i=\mathrm{\&Delta;}{U}_{i-1}+\frac{P_{\mathrm{ti}}{Z}_i}{U_i},i=1...n---\left(11\right)$

       $P_{\mathrm{ti}}=\underset{k=i}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_k---\left(12\right)$

则可由权重法求得平均电压降ΔU

       $\mathrm{\&Delta;U}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ti}}{U}_{\mathrm{ti}}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ti}}---\left(13\right)$

根据等值电路的电压降ΔU＝P_eqZ_eq/U_N,则可得到内电网的等值阻抗为

       $Z_{\mathrm{eq}}=U_N\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ti}}\mathrm{\&Delta;}{U}_{\mathrm{ti}}/P_{\mathrm{eq}}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ti}}---\left(14\right)$

3仿真分析

为比较不同等值方法的优劣，在Simulink环境下搭建包含本发明方法的四种不同风场等值模型。

为使风场分散性与实际更为接近，设风电场由平地与坡地两种地形组成，其初始风速为13m/s，并对两种地形分别应用不同的尾流模型进行计算；在机组类别特性方面，设定风场含有I、II两种类型风机，其中平地有10台风机，I、II型各有5台，排成2排；坡地有I型风机5台，自为一排。

风机横向间距300m，纵向间距500m，通过机端升压变压器和电缆与公共点相连，输电线长5km，线路电阻取0.1153Ω/km，电抗取3.23Ω/km，电容取11.33μF/km，每台厂用电为80kW，机组及变压器参数详见表1、2。风电场布局如图2所示。

表1风机机组参数

      

      

其中，P_e为发电机额定容量，U_e为发电机额定电压，f为系统额定频率，H为惯性时间常数，D为阻尼系数，R_s为定子电阻，X_s为定子电抗，R_r为转子电阻，X_r为转子电抗，X_m为激磁电抗，s₀为初始滑差。

风电场中所用两种类型的升压变压器参数如表2所示

表2变压器主要参数

      

其中，P_n为变压器容量，f为频率，U₁是高压侧额定电压，U₂为低压侧额定电压，R₁为高压侧电阻，L₁为高压侧电抗，R₂为低压侧电阻，X₂为低压侧电抗，R_m为励磁支路电阻。

3.1风电场等值模型

(1)等值模型I

基于等值风速法等值为一台机组，等值风速为11.7m/s，等值模型I主要参数如表3所示。

表3等值模型I的参数

      

等值模型中内网等值阻抗为相邻风机间集电线路的2.44倍，厂用负荷为1.2MW。

(2)等值模型II

分群指标为风场分散性。鉴于平地与坡地差异性，将平地机组分为一群，坡地机组分为一群，即等值机I由平地10台机组等值而成，等值机II由坡地5台机组等值而成，等值机组I的输入风速为13m/s，等值机组II的输入风速为9m/s，等值模型II主要参数见表4所示。

表4等值模型II参数

      

      

等值模型中内网等值阻抗I为相邻风机间集电线路的3.67倍，内网等值阻抗II为相邻风机间集电线路的7.33倍，厂用负荷I为0.8MW，厂用负荷II为0.4MW。

(3)等值模型III

分群标准为机组特性差异性。风场内有两类风机，将类型I机组分为一群，类型II机组为一群，即等值机I由10台类型I机组等值而成，等值机II由5台类型II机组等值而成。等值机组I的输入风速为11m/s，等值机组II的输入风速为9m/s，等值模型III主要参数见表5所示。

表5等值模型III参数

      

等值模型中内网等值阻抗I为相邻风机间集电线路的3.67倍，内网等值阻抗II为相邻风机间集电线路的7.33倍，厂用负荷I为0.8MW，厂用负荷II为0.4MW。

(4)等值模型IV

本发明方法按风场分散性与机组特性差异性进行分群，等值平地I型机组为等值机I，等值平地II型机组为等值机II，等值坡地机组为等值机III。等值机组I、II的输入风速为13m/s，等值机组III的输入风速为9m/s，等值模型IV主要参数见表6。

表6等值模型IV参数

      

等值模型中内网等值阻抗I、II、III为相邻风机间集电线路的7.33倍，厂用负荷I、II、III均为为0.4MW。

3.2不同故障下仿真分析

为定量比较不同等值方法的优劣，定义有功相对误差E_P和无功相对误差E_Q、电压相对误差E_U三个评价指标，其计算公式为：

      

      

      

式中P₀、Q₀、U₀为风电场详细模型在风电场出口侧的有功功率、无功功率和母线电压；P、Q、U为风电场等值模型在风电场出口侧有功功率、无功功率和母线电压；n为仿真总步长数。

设短路故障发生在风电场输电线路的中点处，故障时刻为1.5s，故障持续0.1s，仿真曲线中实线代表风电场详细模型，虚线代表等值模型。

1、单相接地故障

单相短路时，各等值模型在并网点处的有功、无功和母线电压曲线如图3(a)—图3(d)、图4(a)—图4(d)和图5(a)—图5(d)所示。

并网点处有功功率、无功功率和电压误差如表1所示：

表1单相短路并网点有功、无功和电压误差

      

2、两相短路接地故障

两相短路时，各等值模型在并网点处的有功、无功和母线电压曲线如图6(a)—图6(d)、图7(a)—图7(d)和图8(a)—图8(d)所示。

并网点处有功功率、无功功率和电压误差如表2所示：

表2两相短路并网点有功、无功、电压误差

      

3、三相短路故障

三相短路时，各等值模型在并网点处的有功、无功和母线电压曲线如图9(a)—图9(d)、图10(a)—图10(d)和图11(a)—图11(d)所示。

并网点处有功功率、无功功率和电压误差如表3所示：

表3三相短路并网点有功、无功和电压误差

      

      

从上述等值模型在三种故障情况下的动态特性曲线与误差来看，等值效果最好的是本发明提出的基于风速和机种双重分群标准的改进等值方法，其次是基于机种的等值方法与基于风速等值的方法，最差的是单机等值法。这种优势在电网侧发生三相故障时尤为明显。由此可看出本发明所提等值方法在分群上更加合理，更能准确反映风电场在并网点处的动态响应特性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)根据风电场分散特性与场内风电机组差异特性两种因素，确定风电场机组分群标准；

(2)按上述分群标准，分别将风电场机组分成不同的机群；

(3)根据风电场机组所述机群的不同，分别采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模；

(4)对等值模型进行等值机参数辨识，并对风电场内部电网阻抗进行等值，得到风电场的动态等值模型，实时反映风电场的实际运行状况。

2.如权利要求1所述的一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，其特征是，所述步骤(1)中的风电场机组分群标准包括:

1)计及风电场地形多样性以及分散性的分群准则：根据风电场的地理地形分布，将风电场分为平地机群、坡地机群类型；

2)计及场内机组特性差异的分群准则：根据风电场内机组的实际构成情况，按不同机组特性或不同机组类别，对风电场进行相应的群等值。

3.如权利要求1所述的一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，其特征是，所述步骤(2)中采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模的方法具体为：

对于平地机群，采用Jensen尾流模型，并利用同调等值聚合方法对机组进行建模，在平坦地形条件下尾流对风速的影响如下式所示：

$V_x=V_0\{1-[1-{(1-C_T)}^{1/2}\left]\frac{R}{R+\mathrm{kX}}\right\}$

式中，V₀，V_x分别为初始风速和受尾流影响的风速，R为风机叶轮半径，X是沿着风速方向两台风机间距离，C_T是风电机组的推力系数，k为尾流下降系数。

4.如权利要求1所述的一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，其特征是，所述步骤(2)中采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模的方法具体为：

对于坡地机群，受到高度变化影响，风速存在垂直切量变化，采用适用于复杂地形条件下的Lissaman模型，其尾流对风速的影响如下式所示：

$V_x=V_0{\left(\frac{h+H}{h}\right)}^{a_l}(1-d)$

式中，V₀，V_x分别为初始风速和受尾流影响的风速，a_l为风速随高度变化系数，h为风机的塔筒高度；H为输出矩阵；

d为对应的风速下降系数，

$d=[1-{(1-C_T)}^{1/2}]{\left(\frac{R}{R+\mathrm{kX}}\right)}^2;$

其中，R为风机叶轮半径，X是沿着风速方向两台风机间距离，k为尾流下降系数；C_T是风电机组的推力系数。

5.如权利要求1所述的一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，其特征是，所述步骤(3)中采用不同的尾流模型对风电场机群进行等值建模的方法具体为：

对于双馈风力发电机组，采用同调等值方法辨别机组是否同群，即在某一干扰下如果多台机组滑差变化曲线相似，则称这几台机组为滑差同调，归为同一机群，被聚合为一台等值机。

6.如权利要求1所述的一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，其特征是，所述步骤(4)中对等值模型进行等值机参数辨识的方法具体为：

所述步骤(4)中对等值模型进行等值机参数辨识的方法具体为：

a)将风电场真实的运行系统和风电场机组等值模型系统分别用线性化状态方程表示；

b)设扰动信号为d，测量原型系统输出量Y；

c)在同一扰动下，测量等值系统的输出量Y(α)，误差e＝Y-Y(α)；

d)通过反复更新参数向量α，直到误差e满足设定精度,得到参数α的最优估计值。

7.如权利要求6所述的一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，其特征是，所述步骤a)的具体方法为：

风电场真实的运行系统的状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{.}{X}=\mathrm{AX}+d\\ Y=\mathrm{HX}\end{array}\right.$

式中，X为系统状态量，Y为输出量，d为人为扰动时间函数，A为系统矩阵，H为输出矩阵；

风电场机组等值模型系统的状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\stackrel{.}{^}}{X}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)=\hat{A}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)\hat{X}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)+d\\ \hat{Y}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)=\hat{H}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)\hat{X}\left(\mathrm{\&alpha;}\right)\end{array}\right.$

式中，α为等值模型系统的参数，和分别为参数向量α的系统矩阵函数、系统状态量函数和输出矩阵函数。

8.如权利要求1所述的一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，其特征是，所述步骤(4)中内部电网等值阻抗的求解步骤如下：

计算沿风电场内电网的集电线路电压降ΔU_i；

由权重法求得平均电压降ΔU；

根据风电场内电网的集电线路等值电路电压降，得到内电网的等值阻抗。

9.如权利要求8所述的一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，其特征是，风电场内电网的集电线路采用串联型连接方式时，所述沿风电场内电网的集电线路电压降ΔU_i具体为：

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;U}}_i={\mathrm{\&Delta;U}}_{i-1}+\frac{P_{\mathrm{ti}}{Z}_i}{U_i}& i=1...n\end{array}$

平均电压降ΔU为：

$\mathrm{\&Delta;U}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ti}}{U}_{\mathrm{ti}}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ti}};$

其中，ΔU_i-1为i-1段线路电压降、P_ti为i段至n段线路的传输功率、Z_i为第i段线路阻抗、U_i为第i段线路电压；P_k为第k段线路上的传输功率。

10.如权利要求8所述的一种兼顾风场分散性与机组差异性的风电场动态等值方法，其特征是，由权重法求得平均电压降ΔU为：

$\mathrm{\&Delta;U}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ti}}{U}_{\mathrm{ti}}/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ti}};$

根据风场内电网的集电线路等值电路电压降ΔU＝P_eqZ_eq/U_N；得到内电网的等值阻抗Z_eq为：

$Z_{\mathrm{eq}}=U_N\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ti}}{\mathrm{\&Delta;U}}_{\mathrm{ti}}/P_{\mathrm{eq}}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{\mathrm{ti}}$

其中，P_ti为i段至n段线路的传输功率、U_i为第i段线路电压、U_N为线路额定电压、P_eq为等值网络传输功率。