CN109521693B - 一种风电场电磁暂态实时仿真方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电场电磁暂态实时仿真方法和装置，基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗；使用所述等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型；基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真，本发明提供的技术方案容易实现，不仅提高了仿真精度，而且缩短了仿真时间，有效解决风电场建模仿真过程中的交流汇集线路解耦的问题。本发明建立的风电场等值模型将风电场等值为有限的几台风电机组，大大简化了风电场实际模型，实现了超大规模风电场或风电场汇集系统的仿真，大大提高了风电场的实时仿真能力。

Description

一种风电场电磁暂态实时仿真方法和装置

技术领域

本发明涉及电磁暂态仿真技术领域，具体涉及一种风电场电磁暂态实时仿真方法和装置。

背景技术

随着风电机组的大规模接入，风力发电已经成为整个电网中除了同步机以外的另一类重要电源，因此对大规模风电场以及风电汇集系统的研究就越来越重要。但是由于风电场规模较大，通常有数十台甚至上百台机组构成，若采用对每台风电机组及其控制系统进行详细建模将极大的增加仿真的复杂度，导致计算时间过长、资源利用率极低，因此有必要对风电场进行等效建模。

现有技术中风电场电磁暂态仿真方法一般通过风电场等值建模实现，风电场等值建模一般归纳为以下4种：方法(1)把风电场模型等效成一台风电机组，其单台机组容量等于整个风电场总容量；方法(2)所有机组采用简化模型，风电场模型的等效功率为各机组电功率之和；方法(3)根据风速对风电机组进行分群，保留群内机组的气动模型、轴系模型、MPPT控制模型等，将所有分群机械功率总和作为等效发电机输入；方法(4)根据风速对风电机组进行分群，对同群的风电机组合并成一台风电机组，得到多台风电机组表征的风电场等效模型。上述4种风电场等值建模方法中，方法(1)不考虑风电场内线路阻抗、机组特性差异等，得到电磁暂态仿真仿真结果产生的误差较大，仿真精度低；方法(2)和方法(3)改变了原有机组模型的结构，使得风电场等值建模难以实现，进一步导致风电场电磁暂态仿真难以实现；方法(4)机群分组数随风速差异增大而增大，当风速差异较大时，等效风电机组数量可能较大，导致电磁暂态仿真时间较长。

发明内容

为了克服上述现有技术中仿真精度低、难以实现以及仿真时间长的不足，本发明提供一种风电场电磁暂态实时仿真方法和装置，基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗；使用等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型；基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真，本发明提供的技术方案容易实现，不仅提高了仿真精度，而且缩短了仿真时间。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种风电场电磁暂态实时仿真方法，包括：

基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗；

使用所述等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型；

基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真。

所述基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗，包括：

基于所述风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值建立风电场实际模型；

基于所述风电场实际模型确定风电场中每条汇集线的首末端电压差，并基于所述首末端电压差确定电压变化步长；

基于所述电压变化步长对风电场进行低电压穿越，通过电网故障电压每次增加一个电压变化步长，得到所有风电机组的暂态响应特性曲线；

基于所述风电机组的暂态响应特性曲线确定风电机组的等值电压；

基于所述等值电压确定风电机组的等值阻抗。

所述基于所述首末端电压差确定电压变化步长，包括：

用所述汇集线的首末端电压差最大值除以汇集线上风电机组的数量，得到电压变化步长。

所述基于所述风电机组的暂态响应特性曲线确定风电机组的等值电压，包括：

基于所述风电机组的暂态响应特性曲线对风电机组进行归类，并将风电机组数量最少的工况对应的电网电压变化值作为风电机组的等值电压。

所述基于所述等值电压确定风电机组的等值阻抗，包括：

将所述风电机组的等值电压进行标幺化处理，得到风电机组的等值阻抗。

所述风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值，如下式：

式中，L_stb为风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值，n为风电机组模块中风电机组的数量，Lwt_ci为风电机组模块中第i台风电机组挪出至解耦模块的电感值，Lwt_c1＝Lwt_c2＝···＝Lwt_ci＝···＝Lwt_cn。

所述Lwt_ci按下式确定：

Lwt_ci＝L₁*C+L₂*C

式中，L₁为风电机组变压器原边漏抗实际值，单位H；L₂为风电机组变压器副边漏抗实际值，单位H；C为风电机组变压器漏抗挪出比例，且0≤C≤1。

所述使用所述等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型，包括：

对风电机组的实际阻抗进行标幺化处理，并将得到的风电机组的阻抗标幺值按照由小到大的顺序排列；

从最小的阻抗标幺值开始，将阻抗标幺值每变化一个等值阻抗的风电机组等效为一台风电机组，直至对风电场中所有风电机组完成等效。

所述基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真之后，包括：

当等值仿真结果与风电场实际仿真结果不一致时，重新对风电机组进行等值；

所述风电场实际仿真结果通过对所述风电场实际模型进行电磁暂态离线仿真得到。

另一方面，本发明还提供一种风电场电磁暂态实时仿真装置，包括：

确定模块，用于基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗；

建模模块，用于使用所述等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型；

仿真模块，用于基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的风电场电磁暂态实时仿真方法中，基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗；使用所述等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型；基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真，本发明提供的技术方案容易实现，不仅提高了仿真精度，而且缩短了仿真时间；

本发明提供的风电场电磁暂态实时仿真装置包括确定模块、等值模块和仿真模块，确定模块，用于基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗；建模模块，用于使用所述等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型；仿真模块，用于基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真，本发明提供的技术方案容易实现，不仅提高了仿真精度，而且缩短了仿真时间；

本发明通过计算风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值确定风电机组模块中风电机组的等值阻抗，并基于风电机组模块中风电机组的等值阻抗抗对风电机组进行等值，可以有效的解决风电场建模仿真过程中的交流汇集线路解耦的问题；

本发明既没有对风电场中的机组的模型和控制部分做任何简化，又充分考虑了风电场内的风电机组的暂态特性，能够比较好的反应整个风电场的特性，为大规模风电场电磁仿真以及风电场汇集送出系统的建模仿真提供基础；

本发明建立的风电场等值模型将风电场等值为有限的几台风电机组，大大简化了风电场实际模型，实现了超大规模风电场或风电场汇集系统的仿真，大大提高了风电场的实时仿真能力。

附图说明

图1是本发明实施例中风电场电磁暂态实时仿真方法流程图；

图2是本发明实施例中风电场实际模型结构图；

图3是本发明实施例中风电机组等值示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供了一种风电场电磁暂态实时仿真方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：

S101：基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗；

S102：使用等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型；

S103：基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真。

风电场包括多个风电机模块，每个风电机组模块包括多台风电机组。

基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗，包括：

基于风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值建立风电场实际模型，如图2所示，1_1至1_8、2_1至2_8、3_1至3_9以及4_1至4_10均为风电机组，分别组成了不同的风电机组模块；

基于风电场实际模型确定风电场中每条汇集线的首末端电压差，并基于首末端电压差确定电压变化步长；

基于电压变化步长对风电场进行低电压穿越，通过电网故障电压每次增加一个电压变化步长，得到所有风电机组的暂态响应特性曲线；

基于风电机组的暂态响应特性曲线确定风电机组的等值电压；

基于风电机组的等值电压确定风电机组的等值阻抗。

上述基于首末端电压差确定电压变化步长，具体是用汇集线的首末端电压差最大值除以汇集线上风电机组的数量，得到电压变化步长。

上述基于风电机组的暂态响应特性曲线确定风电机组的等值电压，具体是基于风电机组的暂态响应特性曲线对风电机组进行归类，并将风电机组数量最少的工况对应的电网电压变化值作为风电机组的等值电压。

上述基于等值电压确定风电机组的等值阻抗，具体是将风电机组的等值电压进行标幺化处理，得到风电机组的等值阻抗U_eq ^*。

上述风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值，如下式：

式中，L_stb为风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值，n为风电机组模块中风电机组的数量，Lwt_ci为风电机组模块中第i台风电机组挪出至解耦模块的电感值，Lwt_c1＝Lwt_c2＝···＝Lwt_ci＝···＝Lwt_cn，Lwt_ci按下式确定：

Lwt_ci＝L₁*C+L₂*C

式中，L₁为风电机组变压器原边漏抗实际值，单位H；L₂为风电机组变压器副边漏抗实际值，单位H；C为风电机组变压器漏抗挪出比例，且0≤C≤1。

上述使用所述等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型，如图3所示，具体过程如下：

对风电机组的实际阻抗进行标幺化处理，并将得到的风电机组的阻抗标幺值按照由小到大的顺序排列；

如图3所示，从最小的阻抗标幺值开始，将阻抗标幺值每变化一个等值阻抗U_eq ^*的风电机组等效为一台风电机组，直至对风电场中所有风电机组完成等效，满足这几个等效机群的风电机组台数之和等于整个风电场中风电机组总台数，即N₁+N₂+N₃+……+N_n＝N_sum，N_sum为该风电场中风电机组数量。

上述S103的基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真之后，包括：

当等值仿真结果与风电场实际仿真结果不一致时，重新对风电机组进行等值；

上述风电场实际仿真结果通过对风电场实际模型进行电磁暂态离线仿真得到。

实施例2

基于同一发明构思，本发明实施例2还提供一种风电场电磁暂态实时仿真装置，包括确定模块、建模模块和仿真模块，下面对上述模块的功能进行详细说明：

确定模块，用于基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗；

建模模块，用于使用等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型；

仿真模块，用于基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真。

上述确定模块基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗，包括：

建模单元，用于基于风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值建立风电场实际模型；

电压变化步长确定单元，用于基于风电场实际模型确定风电场中每条汇集线的首末端电压差，并基于首末端电压差确定电压变化步长；

曲线确定单元，用于基于电压变化步长对风电场进行低电压穿越，通过电网故障电压每次增加一个电压变化步长，得到所有风电机组的暂态响应特性曲线；

等值电压确定单元，基于风电机组的暂态响应特性曲线确定风电机组的等值电压；

等值阻抗确定单元，用于基于等值电压确定风电机组的等值阻抗。

上述电压变化步长确定单元用汇集线的首末端电压差最大值除以汇集线上风电机组的数量，得到电压变化步长。

等值电压确定单元基于风电机组的暂态响应特性曲线对风电机组进行归类，并将风电机组数量最少的工况对应的电网电压变化值作为风电机组的等值电压。

等值阻抗确定单元将风电机组的等值电压进行标幺化处理，得到风电机组的等值阻抗。

上述的风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值按下式计算：

式中，L_stb为风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值，n为风电机组模块中风电机组的数量，Lwt_ci为风电机组模块中第i台风电机组挪出至解耦模块的电感值，Lwt_c1＝Lwt_c2＝···＝Lwt_ci＝···＝Lwt_cn；Lwt_ci按下式确定：

Lwt_ci＝L₁*C+L₂*C

式中，L₁为风电机组变压器原边漏抗实际值，单位H；L₂为风电机组变压器副边漏抗实际值，单位H；C为风电机组变压器漏抗挪出比例，且0≤C≤1。

建模模块使用等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型，先对风电机组的实际阻抗进行标幺化处理，并将得到的风电机组的阻抗标幺值按照由小到大的顺序排列；然后从最小的阻抗标幺值开始，将阻抗标幺值每变化一个等值阻抗的风电机组等效为一台风电机组，直至对风电场中所有风电机组完成等效。

本发明实施例2提供的装置还包括判断模块，判断模块用于判断等值仿真结果与风电场实际仿真结果是否一致，当等值仿真结果与风电场实际仿真结果不一致时，重新对风电机组进行等值。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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 (8)

1.一种风电场电磁暂态实时仿真方法，其特征在于，包括：

基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗；

使用所述等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型；

基于所述风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真；

所述基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗，包括：

基于所述风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值建立风电场实际模型；

基于所述风电场实际模型确定风电场中每条汇集线的首末端电压差，并基于所述首末端电压差确定电压变化步长；

基于所述电压变化步长对风电场进行低电压穿越，通过电网故障电压每次增加一个电压变化步长，得到所有风电机组的暂态响应特性曲线；

基于所述风电机组的暂态响应特性曲线确定风电机组的等值电压；

基于所述等值电压确定风电机组的等值阻抗；

所述使用所述等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型，包括：

对风电机组的实际阻抗进行标幺化处理，并将得到的风电机组的阻抗标幺值按照由小到大的顺序排列；

从最小的阻抗标幺值开始，将阻抗标幺值每变化一个等值阻抗的风电机组等效为一台风电机组，直至对风电场中所有风电机组完成等效。

2.根据权利要求1所述的风电场电磁暂态实时仿真方法，其特征在于，所述基于所述首末端电压差确定电压变化步长，包括：

用所述汇集线的首末端电压差最大值除以汇集线上风电机组的数量，得到电压变化步长。

3.根据权利要求1所述的风电场电磁暂态实时仿真方法，其特征在于，所述基于所述风电机组的暂态响应特性曲线确定风电机组的等值电压，包括：

基于所述风电机组的暂态响应特性曲线对风电机组进行归类，并将风电机组数量最少的工况对应的电网电压变化值作为风电机组的等值电压。

4.根据权利要求1所述的风电场电磁暂态实时仿真方法，其特征在于，所述基于所述等值电压确定风电机组的等值阻抗，包括：

将所述风电机组的等值电压进行标幺化处理，得到风电机组的等值阻抗。

5.根据权利要求1所述的风电场电磁暂态实时仿真方法，其特征在于，所述风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值，如下式：

式中，L_stb为风电场中风电机组模块挪出至解耦模块的电感值，n为风电机组模块中风电机组的数量，Lwt_ci为风电机组模块中第i台风电机组挪出至解耦模块的电感值，Lwt_c1＝Lwt_c2＝···＝Lwt_ci＝···＝Lwt_cn。

6.根据权利要求5所述的风电场电磁暂态实时仿真方法，其特征在于，所述Lwt_ci按下式确定：

Lwt_ci＝L₁*C+L₂*C

式中，L₁为风电机组变压器原边漏抗实际值，单位H；L₂为风电机组变压器副边漏抗实际值，单位H；C为风电机组变压器漏抗挪出比例，且0≤C≤1。

7.根据权利要求1所述的风电场电磁暂态实时仿真方法，其特征在于，所述基于风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真之后，包括：

当等值仿真结果与风电场实际仿真结果不一致时，重新对风电机组进行等值。

8.一种风电场电磁暂态实时仿真装置，用于实现如权利要求1-7任一项所述的一种风电场电磁暂态实时仿真方法，其特征在于，包括：

确定模块，用于基于风电机组电磁暂态特征曲线确定风电机组的等值阻抗；

建模模块，用于使用所述等值阻抗对风电机组进行等值构建风电场等效模型；

仿真模块，用于基于所述风电场等效模型对风电场进行电磁暂态仿真。

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