CN109412204A - 用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法及装置，本公开的方法包括：根据风电场中目标风电机组的电气参数和控制系统参数，分别确定风电场的等值风电机组的电气参数和控制系统参数；将等值风电机组的电气参数和控制系统参数输入风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加预设扰动，得到风电场仿真模型输出的用于模拟风电场次同步振荡现象的第一仿真结果。极大的节省了仿真建模的时间，提高仿真建模的效率。
Description
技术领域
本公开涉及新能源电力系统技术领域，尤其涉及一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法及装置。
背景技术
相关技术中，大规模新能源接入电力系统已经成为必然趋势，风能作为一种具有规模开发价值的新能源，近年来飞速发展，装机容量逐年增长。通常风电场大多位置偏远，即风能资源集聚地与负荷中心呈现逆向分布，并且并网点短路比随风电机组并网容量的增加而降低，形成弱交流系统。大规模风电场通常采用高压直流输电技术或串联补偿技术实现远距离外送。相关技术研究表明，当风电场并入高压直流输电系统、弱交流系统或含串联补偿系统时，均可能引发次同步振荡风险，给大规模风电场并网系统的安全稳定运行带来严峻的挑战。与大规模风电场相关的次同步振荡是理论研究和工程实践面临的重要问题。
仿真分析是开展次同步振荡研究的重要手段。次同步振荡是电磁暂态过程，需要采用电磁暂态仿真方法。大规模风电场通过大功率电力电子变流器与外送电力系统相联，换流阀组开关过程和控制系统较为复杂，并且对次同步振荡特性具有显著的影响。相关仿真分析中，对单台风电机组各部分分别进行了建模，并仿真研究整个系统的运行特性和稳定性。但当应用于大规模风电场接入系统影响分析时，针对每台风电机组建模的工作量巨大，影响了仿真分析的效率。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法及装置。
根据本公开的一方面，提供了一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法，包括：
获取风电场中目标风电机组的电气参数和控制系统参数；
根据所述目标风电机组的电气参数，确定所述风电场的等值风电机组的电气参数，所述等值风电机组的电气参数用于表示所述风电场全部风电机组的电气参数；
将所述目标风电机组的控制系统参数，作为所述等值风电机组的控制系统参数，所述等值风电机组的控制系统参数用于表示所述风电场全部风电机组的控制系统参数；
将所述等值风电机组的电气参数和控制系统参数输入风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加预设扰动，得到风电场仿真模型输出的用于模拟风电场次同步振荡现象的第一仿真结果。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
将所述目标风电机组的电气参数和控制系统参数输入所述风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加所述预设扰动，得到的风电场仿真模型输出的用于模拟风电场的次同步振荡现象的第二仿真结果；
验证所述第一仿真结果与所述第二仿真结果是否相一致。
在一种可能的实现方式中，获取风电场中目标风电机组的电气参数，包括：
获取所述目标风电机组的电气参数的有名值；
根据所述目标风电机组的电气参数，确定所述风电场的等值风电机组的电气参数，包括：
获取所述目标风电机组的电气参数的基准值；
根据所述目标风电机组的电气参数的基准值，确定所述等值风电机组的基准值；
根据所述目标风电机组的电气参数的有名值、所述目标风电机组的电气参数的基准值和所述等值风电机组的基准值，确定所述等值风电机组的电气参数的有名值。
在一种可能的实现方式中，所述电气参数包括以下任意一种或多种：
直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、所述目标风电机组的额定容量、网侧滤波电感、直流电容、LC滤波器电容、卸荷电路电阻、IGBT导通电阻、二极管导通电阻、阻尼电阻、变压器漏抗；
其中，所述直流电流和所述直流电压分别为所述目标风电机组中的风力机、发电机以及机侧换流器组成的模块所输出的电流和电压，所述交流电流和所述交流电压分别为所述目标风电机组连接至电网时所输出的电流和电压。
在一种可能的实现方式中，所述目标风电机组的控制系统参数包括以下任意一种或多种：
d/q解耦控制环节的电流内环比例系数和电流内环积分系数、直流电压外环比例系数和直流电压外环积分系数、无功功率外环比例系数和无功功率外环积分系数；
锁相环的比例系数和积分系数。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模装置，包括：
获取模块，用于获取风电场中目标风电机组的电气参数和控制系统参数；
第一确定模块，用于根据所述目标风电机组的电气参数，确定所述风电场的等值风电机组的电气参数，所述等值风电机组的电气参数用于表示所述风电场全部风电机组的电气参数；
第二确定模块，用于将所述目标风电机组的控制系统参数，作为所述等值风电机组的控制系统参数，所述等值风电机组的控制系统参数用于表示所述风电场全部风电机组的控制系统参数；
第一输入模块，用于将所述等值风电机组的电气参数和控制系统参数输入风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加预设扰动，得到风电场仿真模型输出的用于模拟风电场次同步振荡现象的第一仿真结果。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
第二输入模块，用于将所述目标风电机组的电气参数和控制系统参数输入所述风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加所述预设扰动，得到的风电场仿真模型输出的用于模拟风电场的次同步振荡现象的第二仿真结果；
验证模块，用于验证所述第一仿真结果与所述第二仿真结果是否相一致。
在一种可能的实现方式中，所述获取模块包括：
第一获取子模块，用于获取所述目标风电机组的电气参数的有名值；
所述第一确定模块包括：
第二获取子模块，用于获取所述目标风电机组的电气参数的基准值；
第一确定子模块，用于根据所述目标风电机组的电气参数的基准值，确定所述等值风电机组的基准值；
第二确定子模块，用于根据所述目标风电机组的电气参数的有名值、所述目标风电机组的电气参数的基准值和所述等值风电机组的基准值，确定所述等值风电机组的电气参数的有名值。
在一种可能的实现方式中，所述电气参数包括以下任意一种或多种：
直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、所述目标风电机组的额定容量、网侧滤波电感、直流电容、LC滤波器电容、卸荷电路电阻、IGBT导通电阻、二极管导通电阻、阻尼电阻、变压器漏抗；
其中，所述直流电流和所述直流电压分别为所述目标风电机组中的风力机、发电机以及机侧换流器组成的模块所输出的电流和电压，所述交流电流和所述交流电压分别为所述目标风电机组连接至电网时所输出的电流和电压。
在一种可能的实现方式中，所述目标风电机组的控制系统参数包括以下任意一种或多种：
d/q解耦控制环节的电流内环比例系数和电流内环积分系数、直流电压外环比例系数和直流电压外环积分系数、无功功率外环比例系数和无功功率外环积分系数；
锁相环的比例系数和积分系数。
本公开根据风电场中某一台风电机组的电气、控制系统参数确定等值风电机组的电气、控制系统参数，并使得该等值风电机组的电气、控制系统参数可以代表同一风电场内的全部风电机组的电气、控制系统参数，由于同一风电场内的所有风电机组通常为相同型号、参数的机组，电气连接较为紧密，可以认为各台风电机组直接并网于风电场汇集母线；并且，同一风电场内的风电机组地理分布接近、风功率水平相近，因而各台机组的运行状态和动态响应基本一致；此外，由于次同步振荡属于电磁暂态振荡现象，等值风电机组应与原有风电场的电磁暂态特性一致。因此本公开无需获取风电场内每台风电机组的参数，即可获得整个风电场的稳态运行特性和次同步振荡动态特性的仿真结果，极大的节省了仿真建模的时间，提高仿真建模的效率。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法的流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法的流程图。
图4是根据一示例性实施例示出的永磁直驱风力发电系统的结构图。
图5是根据一示例性实施例示出的简化了的永磁直驱风力发电系统的结构图。
图6是根据一示例性实施例示出的永磁直驱风力发电系统中控制系统的结构图。
图7是根据一示例性实施例示出的永磁直驱风力发电系统中锁相环的结构图。
图8a是一应用示例中第一仿真结果和第二仿真结果的示意图。
图8b是一应用示例中第一仿真结果和第二仿真结果的示意图。
图8c是一应用示例中第一仿真结果和第二仿真结果的示意图。
图8d是一应用示例中第一仿真结果和第二仿真结果的示意图。
图9是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模装置的框图。
图10是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模装置的框图。
图11是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模装置的框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法的流程图。如图1所示，该方法可以包括：
步骤100，获取风电场中目标风电机组的电气参数和控制系统参数。
步骤101，根据所述目标风电机组的电气参数，确定所述风电场的等值风电机组的电气参数，所述等值风电机组的电气参数用于表示所述风电场全部风电机组的电气参数。
步骤102，将所述目标风电机组的控制系统参数，作为所述等值风电机组的控制系统参数，所述等值风电机组的控制系统参数用于表示所述风电场全部风电机组的控制系统参数。
步骤103，将所述等值风电机组的电气参数和控制系统参数输入风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加预设扰动，得到风电场仿真模型输出的用于模拟风电场次同步振荡现象的第一仿真结果。
在本公开中，风电场可以表示为包括多个风电机组的风能发电系统，风电场可以利用风能推动风电机组发电进而向电网输出电能。
风电机组的电气参数可以表示为风电机组中电气元件的电气量，例如，风电机组的电气参数可以包括风电机组的额定电压，额定电流等。
风电机组的控制系统参数可以表示为风电机组中用于控制风电机组运行的控制系统的相关参数。其中，风电机组的控制系统可以为闭环控制系统，闭环控制系统可以把控制系统输出量的一部分或全部，通过一定方法和装置反送回系统的输入端，然后将反馈信息与原输入信息进行比较，再将比较的结果施加于系统进行控制，避免系统偏离预定目标。
作为本实施例的一个示例，可以选择风电场中的某一个风电机组作为目标风电机组(例如，可以选择风电场的风电机组阵列中靠近中心位置的风电机组作为目标风电机组，也可以选择风电场的风电机组阵列中其他位置的风电机组，在此不做限定)，并可以获取该目标风电机组的电气参数和控制系统参数。
可以根据目标风电机组的电气参数，确定风电场的等值风电机组的电气参数，其中，等值风电机组的电气参数可以用于表示风电场全部风电机组的电气参数。例如，可以根据将目标风电机组的电气参数对应的换算系数的乘积作为等值风电机组的电气参数。
可以将目标风电机组的控制系统参数，作为等值风电机组的控制系统参数，其中，等值风电机组的控制系统参数可以用于表示风电场全部风电机组的控制系统参数。
可以将换算得到的等值风电机组的电气参数和控制系统参数输入风电场仿真模型。并可以在目标时间对风电场仿真模型施加预设扰动，仿真模型可以根据预设扰动输出用于模拟风电场次同步振荡现象的第一仿真结果(例如，第一仿真结果可以为风电场中物理量随时间变化的模拟曲线)。
本公开根据风电场中某一台风电机组的电气、控制系统参数确定等值风电机组的电气、控制系统参数，并使得该等值风电机组的电气、控制系统参数可以代表同一风电场内的全部风电机组的电气、控制系统参数，由于同一风电场内的所有风电机组通常为相同型号、参数的机组，电气连接较为紧密，可以认为各台风电机组直接并网于风电场汇集母线；并且，同一风电场内的风电机组地理分布接近、风功率水平相近，因而各台机组的运行状态和动态响应基本一致；此外，由于次同步振荡属于电磁暂态振荡现象，等值风电机组应与原有风电场的电磁暂态特性一致。因此本公开无需获取风电场内每台风电机组的参数，即可获得整个风电场的稳态运行特性和次同步振荡动态特性的仿真结果，极大的节省了仿真建模的时间，提高仿真建模的效率。
图2是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法的流程图。如图2所示，图2与图1之间的区别在于，该方法还可以包括：
步骤200，将所述目标风电机组的电气参数和控制系统参数输入所述风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加所述预设扰动，得到的风电场仿真模型输出的用于模拟风电场的次同步振荡现象的第二仿真结果。
步骤201，验证所述第一仿真结果与所述第二仿真结果是否相一致。
作为本实施例的一个示例，可以将目标风电机组的电气参数和控制系统参数输入风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加预设扰动，该预设扰动可以与第一仿真结果所对应的预设扰动相同。仿真模型可以根据预设扰动输出用于模拟风电场次同步振荡现象的第二仿真结果。可以对比第一仿真结果和第二仿真结果是否相一致，这样，可以进一步确保本公开方法的可靠性。
图3是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法的流程图。如图3所示，图3与图1之间的区别在于，
步骤100可以包括：步骤300，获取所述目标风电机组的电气参数的有名值。
步骤101可以包括：
步骤301，获取所述目标风电机组的电气参数的基准值。
步骤302，根据所述目标风电机组的电气参数的基准值，确定所述等值风电机组的基准值。
步骤303，根据所述目标风电机组的电气参数的有名值、所述目标风电机组的电气参数的基准值和所述等值风电机组的基准值，确定所述等值风电机组的电气参数的有名值。
在一种可能的实现方式中，所述电气参数可以包括以下任意一种或多种：直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、所述目标风电机组的额定容量、网侧滤波电感、直流电容、LC滤波器电容、卸荷电路电阻、IGBT导通电阻、二极管导通电阻、阻尼电阻、变压器漏抗。其中，所述直流电流和所述直流电压分别为所述目标风电机组中的风力机、发电机以及机侧换流器组成的模块所输出的电流和电压，所述交流电流和所述交流电压分别为所述目标风电机组连接至电网时所输出的电流和电压。
图4是根据一示例性实施例示出的永磁直驱风力发电系统的结构图。通常来讲，永磁直驱风力发电机是风电机组的一种，其最大的特点是永磁直驱风力发电机中，风轮与发电机转子直联。如图4所示，永磁直驱风力发电系统可以包括：风力机、永磁同步发电机、机侧变流器(可以为机侧PWM变流器)、直流电容、网侧变流器(可以为网侧PWM变流器)、滤波电路等。机侧变流器和网侧变流器组成背靠背双变流器，可实现能量的双向流动，机侧变流器可实现对永磁同步发电机的转速/转矩进行控制，网侧变流器可以实现对直流母线进行稳压控制，实现交、直流系统变换。每个风力发电机组以并网点的交流母线电压为参考，通过锁相环(图中未示出)追踪母线电压的相位角，并分别经过机侧控制器和网侧控制器的处理，形成换流阀的触发角基准值，最终使网侧变流器输出交流电压与指令值相等。
图5是根据一示例性实施例示出的简化了的永磁直驱风力发电系统的结构图。如图5所示，由于风力机、永磁同步发电机以及机侧变流器部分与电网隔离，对次同步振荡的影响较小，因此在建立永磁直驱风电机组电磁暂态模型用于次同步振荡分析时，可以将风力机、永磁同步发电机以及机侧变流器所组成的部分简化为直流电流源，通过控制其输入的直流电流来控制风电机组的输出功率。
举例来讲，如图5所示，目标风电机组的电气参数的有名值可以包括：直流电流Idc、直流电压Udc、交流电流Il、交流电压Ul，目标风电机组的额定容量Si，网侧滤波器电感Lg、直流电容C，LC滤波器电容Cf，卸荷电路电阻Rd、IGBT导通电阻RT、二极管导通电阻RD、阻尼电阻Rf、变压器漏抗XT。其中，直流电流Idc和直流电压Udc分别为目标风电机组中的风力机、永磁同步发电机以及机侧换流器组成的模块所输出的电流和电压，交流电流Il和交流电压Ul分别为目标风电机组连接至电网的PCC点所输出的电流和电压。
针对目标风电机组，可以根据公式(1)至公式(9)获取目标风电机组的各电气参数对应的基准值：
目标风电机组的交流电压Ul的基准值(取相电压的峰值)：
目标风电机组的交流电流Il的基准值(取相电流的峰值)：
目标风电机组的直流电压Udc的基准值：UdcB＝Udc (3)
目标风电机组的额定容量Si的基准值：SB＝Si (4)
目标风电机组的直流电流Idc的基准值：
目标风电机组的卸荷电路电阻Rd、IGBT导通电阻RT、二极管导通电阻RD、阻尼电阻Rf、变压器漏抗XT中任意一项对应的基准值(阻抗基准值)：
目标风电机组的工频角速度基准值：ωB＝100π(7)
目标风电机组的网侧滤波器电感Lg对应的基准值：
目标风电机组的直流电容C或LC滤波器电容Cf对应的基准值：
通常来讲，标幺值可以根据公式(10)计算得到。
标幺值＝有名值/基准值 (10)
则可以分别将目标风电机组的各电气参数对应的有名值和基准值，代入公式(10)计算，可以得到目标风电机组的各电气参数的标幺值。
若风电场内风电机组的台数为n台，则可以根据公式(11)至公式(18)计算等值风电机组的基准值如下：
等值风电机组交流电压的基准值：
等值风电机组交流电流的基准值：
等值风电机组直流电压的基准值：U∑dcB＝UdcB＝Udc (13)
等值风电机组额定容量的基准值：S∑B＝nSi (14)
等值风电机组直流电流的基准值：
等值风电机组阻抗的基准值：
等值风电机组电感的基准值：
等值风电机组电容的基准值：
由于同一风电场内的所有风电机组通常为相同型号、参数机组，并且电气连接较为紧密，且风电机组地理分布接近、风功率水平相近，可以认为各台风电机组直接并网于风电场的母线，将该n台风电机组等值为一台等值机。基于标幺值不变的原理，即如式(19)所示，全部风电机组的风电场的电气参数的标幺值等于风电场中任意一台风电机组的对应电气参数的标幺值，则可以根据式(19)得到计算等值风电机组的电气参数的有名值的公式(20)：
进而可以得到公式(21)至(29)来计算等值风电机组的电气参数的有名值：
等值风电机组直流电流有名值：I∑dc＝nIdc (21)
等值风电机组直流电容有名值：C∑＝nC (22)
等值风电机组卸荷电路电阻的有名值：R∑d＝Lg/n (23)
等值风电机组IGBT导通电阻的有名值：R∑T＝RT/n (24)
等值风电机组二极管导通电阻的有名值：R∑D＝RD/n (25)
等值风电机组网侧滤波电感的有名值：L∑g＝Lg/n (26)
等值风电机组LC滤波电路电容的有名值：C∑f＝nCf (27)
等值风电机组阻尼电阻的有名值：R∑f＝Rf/n (28)
等值风电机组变压器漏抗的有名值：X∑T＝XT/n (29)
这样，本公开无需复杂的计算过程，即可根据风电场中根据所述目标风电机组的电气参数，确定用于表示所述风电场全部风电机组的电气参数的等值风电机组的电气参数。
在一种可能的实现方式中，目标风电机组的控制系统参数可以包括以下任意一种或多种：d/q解耦控制环节的电流内环比例系数和电流内环积分系数、直流电压外环比例系数和直流电压外环积分系数、无功功率外环比例系数和无功功率外环积分系数。锁相环的比例系数和积分系数。
通常来讲，d/q解耦控制环节可以将异步电动机的三相绕组变换为等价的二相绕组，并且把旋转坐标系变换成正交的静止坐标，得到用直流量表示电压及电流的关系式。
d/q解耦控制环节的电流内环比例系数、内环积分系数可以表示为，d/q解耦控制环节针对将比较得到的电流差值进行换算处理得到反馈信息的过程中所需要用到的参数。
d/q解耦控制环节的直流电压外环比例系数和直流电压外环积分系数可以表示为，d/q解耦控制环节针对将比较得到的电压差值进行换算处理得到反馈信息的过程中所需要用到的参数。
d/q解耦控制环节的无功功率外环比例系数和无功功率外环积分系数可以表示为，d/q解耦控制环节针对将比较得到的无功功率差值进行换算处理得到反馈信息的过程中所需要用到的参数。
锁相环(phase locked loop)，可以表示为锁定相位的环路。锁相环可以利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪。
锁相环的比例系数和积分系数，可以表示为对将比较得到的相位差值进行换算处理，得到反馈信息的过程中所需要用到的参数。
举例来讲，向风电场仿真模型输入的等值风电机组的控制系统参数均可以为标幺化后的物理量，根据标幺值不变原理，等值风电机组的控制系统参数可以与目标风电机组的控制系统参数相一致。
图6是根据一示例性实施例示出的永磁直驱风力发电系统中控制系统的结构图。如图6所示，目标风电机组的控制系统参数可以包括：d/q解耦控制环节的电流内环比例系数kp_g、电流内环积分系数ki_g、直流电压外环比例系数kp_dc和直流电压外环积分系数ki_dc、无功功率外环比例系数kp_q和无功功率外环积分系数ki_q。图7是根据一示例性实施例示出的永磁直驱风力发电系统中锁相环的结构图。如图7所示，目标风电机组的控制系统参数还可以包括：锁相环的比例系数kp_pll和锁相环的积分系数ki_pll。
则等值风电机组的各控制参数分别为：
等值风电机组d/q解耦控制环节的电流内环比例系数：k∑p_g＝kp_g (30)
等值风电机组d/q解耦控制环节的电流内环积分系数：k∑i_g＝ki_g (31)
等值风电机组d/q解耦控制环节的直流电压外环比例系数：k∑p_dc＝kp_dc (32)
等值风电机组d/q解耦控制环节的直流电压外环积分系数：k∑i_dc＝ki_dc (33)
等值风电机组d/q解耦控制环节的无功功率外环比例系数：k∑p_q＝kp_q (34)
等值风电机组d/q解耦控制环节的无功功率外环积分系数：k∑i_q＝ki_q (35)
等值风电机组锁相环的比例系数：k∑p_pll＝kp_pll (36)
等值风电机组锁相环的积分系数：k∑i_pll＝ki_pll (37)
可以将上述式(21)至(29)得到的等值风电机组的电气参数以及上述式(30)至(37)得到的等值风电机组的控制系统参数据输入风电场仿真模型，得到用于模拟风电场次同步振荡现象的第一仿真结果。
在一种应用示例中，以风电场包括40台2.5MW(兆瓦)风电机组为例进行如下说明：
由目标风电机组的电气参数的有名值计算目标风电机组的电气参数的标幺值。
表1示出了风电场内的目标风电机组的电气参数的有名值，
表1
| S<sub>i</sub> | U<sub>l</sub> | C | U<sub>dc</sub> | R<sub>d</sub> | R<sub>T</sub> |
| 2.5MW | 0.69kV | 90000μF | 1.15kV | 0.97Ω | 0.01Ω |
| R<sub>D</sub> | L<sub>g</sub> | R<sub>f</sub> | C<sub>f</sub> | X<sub>T</sub> | Z<sub>B</sub> |
| 0.01Ω | 0.000075H | 0.1Ω | 600μF | 0.0126Ω | 0.5H |
根据以下公式得到目标风电机组的基准值：UdcB＝Udc；SB＝Si；
表2示出了风电场内目标风电机组的电气参数的标幺值，根据目标风电机组的电气参数的有名值和基准值，可以得到如表2所示的目标风电机组的标幺值：
表2
表3示出了风电场内风电机组的控制系统参数中d/q解耦控制器参数及锁相环控制器参数的标幺值：
表3
| k<sub>p_g</sub> | k<sub>i_g</sub> | k<sub>p_dc</sub> | k<sub>i_dc</sub> | k<sub>p_q</sub> | k<sub>i_q</sub> |
| 0.9 | 0.02 | 10 | 0.001 | 8 | 0.001 |
表4示出了风电场的等值风电机组的电气参数的有名值：
表4
| 额定容量 | 额定电压 | C<sub>∑</sub> | U<sub>∑dc</sub> | R<sub>∑d</sub> | R<sub>∑T</sub> |
| 100MW | 0.69kV | 3600000μF | 1.15kV | 0.02425Ω | 0.00025Ω |
| R<sub>∑D</sub> | L<sub>∑g</sub> | R<sub>∑f</sub> | C<sub>∑f</sub> | X<sub>∑T</sub> | Z<sub>g</sub> |
| 0.00025Ω | 0.00000375H | 0.0025Ω | 24000μF | 0.000314Ω | 0.5H |
表5示出了风电场的等值风电机组的控制系统参数中d/q解耦控制器参数及锁相环控制器参数：
表5
| k<sub>∑p_g</sub> | k<sub>∑i_g</sub> | k<sub>∑p_dc</sub> | k<sub>∑i_dc</sub> | k<sub>∑p_q</sub> | k<sub>∑i_q</sub> |
| 0.9 | 0.02 | 10 | 0.001 | 8 | 0.001 |
依据计算得到的风电场的等值风电机组电气参数的有名值和控制系统参数的标幺值，在PSCAD/EMTDC(Power Systems Computer Aided Design/ElectromagneticTransients including DC，一种电磁暂态仿真软件)中搭建电磁暂态第一仿真模型。并可以根据目标风电机组的电气参数的有名值和控制系统参数的标幺值在PSCAD/EMTDC电磁暂态的第二仿真模型。第一仿真模型和第二仿真模型的仿真过程均可以为，从第0至2秒，风电场的输出功率为额定输出功率的10％，处于稳态运行状态。在第2秒时给风电机组施加小扰动，仿真系统响应的出现次同步振荡现象。图8a-d是一应用示例中第一仿真结果和第二仿真结果的示意图。如图8a-d所示。第一仿真模型和第二仿真模型在稳定运行状态和次同步振荡状态中，其各自的物理量参数(例如，A相交流电压，A相电流，直流电压和有功功率)的随时间变化的曲线(第一仿真结果和第二仿真结果的示例)相一致，可见，本公开的等值风电机组的电气参数和控制系统参数可以有效的代表整个风电场中全部风电机组的电气参数和控制系统参数。因此本公开无需获取风电场内每台风电机组的参数，即可获得整个风电场的稳态运行特性和次同步振荡动态特性的仿真结果，极大的节省了仿真建模的时间，提高仿真建模的效率。
图9是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模装置的框图。如图9所示，该装置可以包括：
获取模块91，用于获取风电场中目标风电机组的电气参数和控制系统参数。
第一确定模块92，用于根据所述目标风电机组的电气参数，确定所述风电场的等值风电机组的电气参数，所述等值风电机组的电气参数用于表示所述风电场全部风电机组的电气参数。
第二确定模块93，用于将所述目标风电机组的控制系统参数，作为所述等值风电机组的控制系统参数，所述等值风电机组的控制系统参数用于表示所述风电场全部风电机组的控制系统参数。
第一输入模块94，用于将所述等值风电机组的电气参数和控制系统参数输入风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加预设扰动，得到风电场仿真模型输出的用于模拟风电场次同步振荡现象的第一仿真结果。
图10是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模装置的框图。图10中标号与图9相同的组件具有相同的功能，为了简明起见，省略对这些组件的详细说明。如图10所示：
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
第二输入模块95，用于将所述目标风电机组的电气参数和控制系统参数输入所述风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加所述预设扰动，得到的风电场仿真模型输出的用于模拟风电场的次同步振荡现象的第二仿真结果。
验证模块96，用于验证所述第一仿真结果与所述第二仿真结果是否相一致。
在一种可能的实现方式中，所述获取模块91包括：
第一获取子模块911，用于获取所述目标风电机组的电气参数的有名值。
所述第一确定模块92包括：
第二获取子模块921，用于获取所述目标风电机组的电气参数的基准值。
第一确定子模块922，用于根据所述目标风电机组的电气参数的基准值，确定所述等值风电机组的基准值。
第二确定子模块923，用于根据所述目标风电机组的电气参数的有名值、所述目标风电机组的电气参数的基准值和所述等值风电机组的基准值，确定所述等值风电机组的电气参数的有名值。
在一种可能的实现方式中，所述电气参数包括以下任意一种或多种：
直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、所述目标风电机组的额定容量、网侧滤波电感、直流电容、LC滤波器电容、卸荷电路电阻、IGBT导通电阻、二极管导通电阻、阻尼电阻、变压器漏抗；
其中，所述直流电流和所述直流电压分别为所述目标风电机组中的风力机、发电机以及机侧换流器组成的模块所输出的电流和电压，所述交流电流和所述交流电压分别为所述目标风电机组连接至电网时所输出的电流和电压。
在一种可能的实现方式中，所述目标风电机组的控制系统参数包括以下任意一种或多种：
d/q解耦控制环节的电流内环比例系数、内环积分系数、直流电压外环比例系数和直流电压外环积分系数。
锁相环的比例系数和积分系数。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
图11是根据一示例性实施例示出的一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模装置的框图。例如，装置1900可以被提供为一服务器。参照图11，装置1900包括处理组件1922，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述方法。
装置1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行装置1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将装置1900连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口1958。装置1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如Windows ServerTM，MacOS XTM，UnixTM，LinuxTM，FreeBSDTM或类似。
在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器1932，上述计算机程序指令可由装置1900的处理组件1922执行以完成上述方法。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言-诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言-诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络-包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模方法，其特征在于，包括：
获取风电场中目标风电机组的电气参数和控制系统参数；
根据所述目标风电机组的电气参数，确定所述风电场的等值风电机组的电气参数，所述等值风电机组的电气参数用于表示所述风电场全部风电机组的电气参数；
将所述目标风电机组的控制系统参数，作为所述等值风电机组的控制系统参数，所述等值风电机组的控制系统参数用于表示所述风电场全部风电机组的控制系统参数；
将所述等值风电机组的电气参数和控制系统参数输入风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加预设扰动，得到风电场仿真模型输出的用于模拟风电场次同步振荡现象的第一仿真结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述目标风电机组的电气参数和控制系统参数输入所述风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加所述预设扰动，得到的风电场仿真模型输出的用于模拟风电场的次同步振荡现象的第二仿真结果；
验证所述第一仿真结果与所述第二仿真结果是否相一致。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取风电场中目标风电机组的电气参数，包括：
获取所述目标风电机组的电气参数的有名值；
根据所述目标风电机组的电气参数，确定所述风电场的等值风电机组的电气参数，包括：
获取所述目标风电机组的电气参数的基准值；
根据所述目标风电机组的电气参数的基准值，确定所述等值风电机组的基准值；
根据所述目标风电机组的电气参数的有名值、所述目标风电机组的电气参数的基准值和所述等值风电机组的基准值，确定所述等值风电机组的电气参数的有名值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电气参数包括以下任意一种或多种：
直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、所述目标风电机组的额定容量、网侧滤波电感、直流电容、LC滤波器电容、卸荷电路电阻、IGBT导通电阻、二极管导通电阻、阻尼电阻、变压器漏抗；
其中，所述直流电流和所述直流电压分别为所述目标风电机组中的风力机、发电机以及机侧换流器组成的模块所输出的电流和电压，所述交流电流和所述交流电压分别为所述目标风电机组连接至电网时所输出的电流和电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标风电机组的控制系统参数包括以下任意一种或多种：
d/q解耦控制环节的电流内环比例系数和电流内环积分系数、直流电压外环比例系数和直流电压外环积分系数、无功功率外环比例系数和无功功率外环积分系数；
锁相环的比例系数和积分系数。
6.一种用于次同步振荡仿真分析的风电场仿真建模装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取风电场中目标风电机组的电气参数和控制系统参数；
第一确定模块，用于根据所述目标风电机组的电气参数，确定所述风电场的等值风电机组的电气参数，所述等值风电机组的电气参数用于表示所述风电场全部风电机组的电气参数；
第二确定模块，用于将所述目标风电机组的控制系统参数，作为所述等值风电机组的控制系统参数，所述等值风电机组的控制系统参数用于表示所述风电场全部风电机组的控制系统参数；
第一输入模块，用于将所述等值风电机组的电气参数和控制系统参数输入风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加预设扰动，得到风电场仿真模型输出的用于模拟风电场次同步振荡现象的第一仿真结果。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二输入模块，用于将所述目标风电机组的电气参数和控制系统参数输入所述风电场仿真模型，并在目标时间对风电场仿真模型施加所述预设扰动，得到的风电场仿真模型输出的用于模拟风电场的次同步振荡现象的第二仿真结果；
验证模块，用于验证所述第一仿真结果与所述第二仿真结果是否相一致。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：
第一获取子模块，用于获取所述目标风电机组的电气参数的有名值；
所述第一确定模块包括：
第二获取子模块，用于获取所述目标风电机组的电气参数的基准值；
第一确定子模块，用于根据所述目标风电机组的电气参数的基准值，确定所述等值风电机组的基准值；
第二确定子模块，用于根据所述目标风电机组的电气参数的有名值、所述目标风电机组的电气参数的基准值和所述等值风电机组的基准值，确定所述等值风电机组的电气参数的有名值。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电气参数包括以下任意一种或多种：
直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、所述目标风电机组的额定容量、网侧滤波电感、直流电容、LC滤波器电容、卸荷电路电阻、IGBT导通电阻、二极管导通电阻、阻尼电阻、变压器漏抗；
其中，所述直流电流和所述直流电压分别为所述目标风电机组中的风力机、发电机以及机侧换流器组成的模块所输出的电流和电压，所述交流电流和所述交流电压分别为所述目标风电机组连接至电网时所输出的电流和电压。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述目标风电机组的控制系统参数包括以下任意一种或多种：
d/q解耦控制环节的电流内环比例系数和电流内环积分系数、直流电压外环比例系数和直流电压外环积分系数、无功功率外环比例系数和无功功率外环积分系数；
锁相环的比例系数和积分系数。
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