CN106877383B - 一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法，包括：(一)建立风电机组的低电压穿越能力仿真模型并得到多个工况的仿真数据；(二)以机组现场测试数据为基准校验仿真数据和测试数据的差异；(三)根据校验结果确认各个工况下测试数据和仿真数据的偏差值；(四)根据现场测试数据计算外部电网等效电路参数；(五)根据仿真数据与测试数据的校验偏差修正机组仿真模型中的PI调节器参数；(六)重新对风电机组仿真模型进行校验。本发明技术方案提高模型校验的效率和机组仿真模型的准确度。

Description

一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法
技术领域
本发明涉及新能源发电领域，更具体涉及一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法。
背景技术
利用数学模型对低电压穿越能力进行仿真分析是研究变速风电机组低电压穿越能力的重要手段和有效方法。确保模型的准确度是进行分析研究的基础和前提，为确保模型准确度需要以测试数据为基准对模型仿真数据进行校验，仿真数据与测试数据的偏差在规定范围内时仿真模型才能用来研究风电机组的低电压穿越能力暂态特性。而模型校验的工况至少需要16个工况，仿真数据应与测试数据具有良好的一致性。为满足模型校验的要求，仿真模型参数需要进行多次调整，而模型参数的调整方法目前并没有一个统一的思路，因此，提供一种基于模型结果的风电机组仿真模型调整方法很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法，提高模型校验的效率和机组仿真模型的准确度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法，包括以下步骤：
(一)建立风电机组的低电压穿越能力仿真模型并得到多个工况的仿真数据；
(二)以机组现场测试数据为基准，校验仿真数据和测试数据的差异；
(三)根据校验结果确认各个工况下测试数据和仿真数据的偏差值；
(四)根据现场测试数据计算外部电网等效电路参数；
(五)根据仿真数据与测试数据的校验偏差修正机组仿真模型中的PI调节器参数；
(六)重新对风电机组仿真模型进行校验。
所述步骤(一)中的仿真数据为至少有16个电压跌落工况的仿真数据；所述仿真数据的类型包括基波正序电压、有功功率、无功电流和无功功率；所述仿真模型基于电力系统仿真软件建立。
所述仿真数据为在大功率和小功率输出情况下，电压跌落幅值分别为20％、35％、50％和75％，其跌落类型分别为三相电压跌落和两相电压跌落工况的仿真数据。
模型校验的偏差类型包括平均偏差超标、平均绝对偏差超标和最大偏差超标；模型校验考核的变量包括有功功率、无功电流和无功功率。
选取变速风电机组对应工况的现场测试数据，按照模型校验标准的要求计算仿真数据与测试数据之间的偏差，模型校验的标准要求包括：有功功率的稳态区间平均偏差最大允许值为0.07，有功功率的暂态区间平均偏差最大允许值为0.20，有功功率的稳态区间平均绝对偏差最大允许值为0.10，有功功率的暂态区间平均绝对偏差最大允许值为0.25，有功功率的稳态区间最大偏差最大允许值为0.15，有功功率的加权平均绝对偏差最大允许值为0.15；
无功功率的稳态区间平均偏差最大允许值为0.05，无功功率的暂态区间平均偏差最大允许值为0.20，无功功率的稳态区间平均绝对偏差最大允许值为0.07，无功功率的暂态区间平均绝对偏差最大允许值为0.25，无功功率的稳态区间最大偏差最大允许值为0.10，无功功率的加权平均绝对偏差最大允许值为0.15；
无功电流的稳态区间平均偏差最大允许值为0.07，无功电流的暂态区间平均偏差最大允许值为0.20，无功电流的稳态区间平均绝对偏差最大允许值为0.10，无功电流的暂态区间平均绝对偏差最大允许值为0.30，无功电流的稳态区间最大偏差最大允许值为0.15，无功电流的加权平均绝对偏差最大允许值为0.15；
此外，所述基波正序电压的偏差满足电压跌落幅值与现场测试数据的偏差小于等于0.05p.u.。
在所述步骤(四)中，确认风电机组仿真模型中的外部电网参数和变压器参数与现场测试情况的一致；变压器参数由机组制造商提供或根据变压器铭牌进行计算；外部电网参数通过下式计算：
Figure GDA0002581009350000031
Figure GDA0002581009350000032
其中，UD为电压跌落幅值，X1和X2分别为限流电抗和短路电抗，Xsys和Ssys分别为外部电网阻抗和短路容量，Usys为电网电压；
通过调整外部电网参数使得所述基波正序电压的偏差满足偏差允许值范围。
在所述步骤(五)中，调整仿真模型的参数的过程为：在确定所述偏差的偏离状态以及所述偏差的变化趋势时，相应的调整仿真模型中的比例调节系数Kp；根据所述Kp和积分项输出参数Ki调整最终的PI参数；由于参数Kp是根据偏差情况调整的，从而在通过参数控制仿真模型中的PWM变流器的过程中，兼顾模型的动态和稳态性能。
在所述步骤(六)中，分别调整各个工况对应的仿真模型参数，并重复步骤(一)至步骤(五)，直至所有工况的仿真数据满足模型校验的标准要求。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明技术方案对模型校验结果进行了分类，对于电压偏差需要调整外部电网参数，对于有功功率、无功功率偏差等情况则需要调整模型参数；
2、本发明技术方案能提高模型调整的针对性和效率，可以为变速风电机组的模型参数调整提供理论支持；
3、本发明技术方案可操作性强；
4、本发明技术方案为研究变速风电机组低电压穿越能力的提供了重要手段和有效方法。
附图说明
图1为本发明是实施例风电机组变压器Г形等值电路参数图；
图2为本发明是实施例的基波正序电压校验结果图；
图3为本发明是实施例的调整模型参数后基波正序电压校验结果图；
图4为本发明是实施例的有功功率校验结果图；
图5为本发明是实施例的调整模型参数后有功功率校验结果图；
图6为本发明是实施例的无功电流校验结果图；
图7为本发明是实施例的调整模型参数后无功电流校验结果图；
图8为本发明是实施例的无功功率校验结果图；
图9为本发明是实施例的调整模型参数后无功功率校验结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
本例的发明提供一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法，在变速风电机组低电压穿越能力仿真过程中，需要首先确定模型的准确度并根据模型校验结果调整模型参数；根据基波正序电压、有功功率、无功电流和无功功率的偏差情况依次调整外部电网参数、功率控制环PI调节器参数。所述方法包括如下步骤：(一)建立风电机组的低电压穿越能力仿真模型并得到多个工况的仿真数据；(二)以机组现场测试数据为基准校验仿真数据和测试数据的差异；(三)根据校验结果确认各个工况下测试数据和仿真数据的具体偏差值；(四)根据现场测试数据计算外部电网等效电路参数，包括短路容量和等效阻抗等；(五)根据有功功率和无功功率、无功电流的校验偏差修正机组仿真模型中的PI调节器参数；(六)重新对风电机组仿真模型进行校验。
所述步骤1中首先建立变速风电机组的低电压穿越能力仿真模型，至少得得到16个工况(大功率和小功率输出情况下，电压跌落幅值分别为20％、35％、50％和75％，跌落类型分别为三相电压跌落和两相电压跌落)的仿真数据。仿真模型可以基于Matlab/simulink或Digsilent/Powerfactory等电力系统仿真软件。
所述步骤2中选取变速风电机组对应工况的现场测试数据，按照模型校验标准的要求计算仿真数据与测试数据之间的偏差，模型校验的偏差要求见表1。
所述步骤3中经过计算得到各个工况仿真数据的具体偏差值并与表1中的规定值进行比较，模型校验的偏差类型包括平均偏差超标、平均绝对偏差超标和最大偏差超标，模型校验考核的变量有有功功率、无功电流和无功功率；如图4所示的两相35％跌落，大功率工况，有功功率校验结果图；图6为所示的两相35％跌落，大功率工况，无功电流校验结果图；图8所示的两相35％跌落，大功率工况，无功功率校验结果图；
所述步骤4中确认风电机组仿真模型中外部电网参数和变压器参数与现场测试情况的一致性。其中变压器参数由机组制造商提供或根据变压器铭牌进行计算，变压器参数计算公式为：
Figure GDA0002581009350000061
Figure GDA0002581009350000062
其中，所述RT为变压器高低压绕组的总电阻，XT为变压器高低压绕组的总电抗,GT为变压器的电导，BT为变压器的电纳。Pk为变压器的短路损耗，Uk％为变压器的短路电压百分值，P0为变压器的空载损耗，I0％为变压器的空载电流百分值。变压器的Г形等值电路图见附图1.外部电网参数计算公式为：
Figure GDA0002581009350000063
其中UD为电压跌落幅值，X1和X2分别为限流电抗和短路电抗组织，Xsys和Ssys分别为外部电网阻抗和短路容量。图2为两相35％跌落，大功率工况，仿真数据基波正序电压偏差示意图。图中仿真数据电压跌落幅值与现场测试数据的偏差超过0.05p.u.，需要调整外部电网参数。图3为两相35％跌落，大功率工况，调整外部电网参数后相同工况的基波正序电压校验结果图。
所述步骤5中确保电压跌落幅值与现场测试相符的基础上，根据有功功率、无功电流和无功功率偏差的具体值及类型调整仿真模型的参数，调整的方法为在确定所属偏差的偏离状态以及所述偏差的变化趋势，相应的调整比例调节系数Kp；根据所述Kp和积分项输出参数Ki调整最终的PI参数。由于Kp是根据偏差情况调整的，从而在通过参数控制PWM变流器的过程中，兼顾模型的动态和稳态性能。
所述步骤6中分别调整各个工况对应的仿真模型参数，并重复步骤1-5的内容，直至所有工况的仿真数据满足表1中规定的偏差允许值范围。如图5所示的两相35％跌落，大功率工况，调整模型参数后有功功率校验结果图；如图7所示两相35％跌落，大功率工况，的调整模型参数后无功电流校验结果图；如图9所示的两相35％跌落，大功率工况，调整模型参数后无功功率校验结果图。
表1变速风电机组模型校验时偏差最大允许值
Figure GDA0002581009350000071
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尽管参照上述实施例应当理解：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 (4)

1.一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法，其特征在于：包括以下步骤：
(一)建立风电机组的低电压穿越能力仿真模型并得到多个工况的仿真数据；
(二)以机组现场测试数据为基准，校验仿真数据和测试数据的差异；
(三)根据校验结果确认各个工况下测试数据和仿真数据的偏差值并确定是否满足相应的偏差要求；
(四)根据现场测试数据计算外部电网等效电路参数；
(五)在外部电网等效电路参数一致的基础上，根据仿真数据与测试数据的校验偏差修正机组仿真模型中内外环控制器的PI调节器参数；
(六)重新对风电机组仿真模型进行校验；
所述步骤(一)中的仿真数据为至少有16个电压跌落工况的仿真数据；所述仿真数据的类型包括基波正序电压、有功功率、无功电流和无功功率；所述仿真模型基于电力系统仿真软件建立；测试数据与模型仿真数据的偏差包括平均偏差、平均绝对偏差和最大偏差；模型校验考核的变量包括有功功率、无功电流和无功功率；
选取变速风电机组对应工况的现场测试数据，按照模型校验标准的要求计算仿真数据与测试数据之间的偏差，模型校验的标准要求包括：有功功率的稳态区间平均偏差最大允许值为0.07，有功功率的暂态区间平均偏差最大允许值为0.20，有功功率的稳态区间平均绝对偏差最大允许值为0.10，有功功率的暂态区间平均绝对偏差最大允许值为0.25，有功功率的稳态区间最大偏差最大允许值为0.15，有功功率的加权平均绝对偏差最大允许值为0.15；
无功功率的稳态区间平均偏差最大允许值为0.05，无功功率的暂态区间平均偏差最大允许值为0.20，无功功率的稳态区间平均绝对偏差最大允许值为0.07，无功功率的暂态区间平均绝对偏差最大允许值为0.25，无功功率的稳态区间最大偏差最大允许值为0.10，无功功率的加权平均绝对偏差最大允许值为0.15；
无功电流的稳态区间平均偏差最大允许值为0.07，无功电流的暂态区间平均偏差最大允许值为0.20，无功电流的稳态区间平均绝对偏差最大允许值为0.10，无功电流的暂态区间平均绝对偏差最大允许值为0.30，无功电流的稳态区间最大偏差最大允许值为0.15，无功电流的加权平均绝对偏差最大允许值为0.15；
此外，所述基波正序电压的偏差满足电压跌落幅值与现场测试数据的偏差小于等于0.05p.u.；
在所述步骤(五)中，调整仿真模型的参数的过程为：在确定所述偏差的偏离状态以及所述偏差的变化趋势时，相应的调整仿真模型中的比例调节系数Kp；根据所述Kp和积分项输出参数Ki调整最终的PI参数；由于参数Kp是根据偏差情况调整的，从而在通过参数控制仿真模型中的PWM变流器的过程中，兼顾模型的动态和稳态性能。
2.如权利要求1所述的一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法，其特征在于：所述仿真数据为在大功率和小功率输出情况下，电压跌落幅值分别为20％、35％、50％和75％，其跌落类型分别为三相电压跌落和两相电压跌落工况的仿真数据。
3.如权利要求1所述的一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法，其特征在于：在所述步骤(四)中，确认风电机组仿真模型中的外部电网参数和变压器参数与现场测试情况的一致；变压器参数由机组制造商提供或根据变压器铭牌进行计算；外部电网参数通过下式计算：
Figure FDA0002581009340000031
Figure FDA0002581009340000032
其中，UD为电压跌落幅值，X1和X2分别为限流电抗和短路电抗，Xsys和Ssys分别为外部电网阻抗和短路容量，Usys为电网电压；
通过调整外部电网参数使得所述基波正序电压的偏差满足偏差允许值范围。
4.如权利要求1所述的一种变速风电机组低电压穿越能力仿真模型调整方法，其特征在于：在所述步骤(六)中，分别调整各个工况对应的仿真模型参数，并重复步骤(一)至步骤(五)，直至所有工况的仿真数据满足模型校验的标准要求。
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