CN110210170A - 一种大规模风电机群等值小信号模型建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种大规模风电机群等值小信号模型建模方法，该方法首先按集电线路来对大规模风电场进行划分，详细测量第A条集电线路的风速、接入线路阻抗数据，并对其进行聚类分组，依据各条集电线路的风速历史数据来建立相关性模型，并依据集电线路之间的相关性系数及第A条线路的实际数据、及聚类情况，来得到各条集电线路的等效聚类情况，再整合得到大规模山地型风电机群的分组，再依据风机所处运行区域的不同构建风速、阻抗的不同进行区别等值，并根据分组不同构建不同分组下的等值小信号模型，最后再整合为整体的等值小信号模型。该方法分析结果更加精准且全面，从而可更好的保证电网的安全稳定运行。

Description

一种大规模风电机群等值小信号模型建模方法

技术领域

本发明涉及新能源场站等值建模技术领域，尤其是涉及一种大规模风电机群等值小信号模型建模方法。

背景技术

新能源是一种无污染的清洁可再生能源，在当今提倡可持续发展的大背景下，大力发展新能源尤其是风能、光伏发电，可以在很大程度上节省煤炭等化石能源，减少环境污染，具有极大的经济和社会效益。大规模风电机群的接入势必会对传统电力系统的安全稳定性产生影响。当前，国内外曾多次发生过由风电场接入引发的次同步振荡事故，因此对大规模风电机群接入电网进行稳定性分析是十分有必要的。在对大规模风电机群进行小信号模型建模时，对其中每台机组进行详细建模是不实际的，因此有必要建立等值小信号模型，其模型的准确性、全面性也至关重要。

我国有大量的山地型风电机群，山地型风电机群相比于平原型风电机群，其各风机风速之间的关系更加复杂，其等值风速不能如平原型风电机群单纯依据风速平均值或考虑尾流效应来进行求取，并且山地型风电机组之间的排列无规则性更强，通常大规模山地型风电机群包含几百甚至上千台风机，依次测量每台风机的接入线路阻抗进行等值计算，工作量太大不容易实现，而平原型风电机群多采用的依据接线形式进行串联、并联阻抗等值方法也不太适用于此类型风电场。大规模山地型风电机群进行小信号分析等值建模时，其风速的合理等值及风机接入线路阻抗的合理等值是保证模型准确性的基础。

如，齐雯(齐雯.大型风电场等值建模及其并网稳定性研究[D].北京交通大学,2013.)公开的大型风电场等值建模方法为一种时域分析方法，只选取了可表征双馈机组运行特点的特征状态变量风速V,转差率S,发电机功率Pe，来作为风电场划群指标，未考虑风机接入线路阻抗的影响，且该等值方法未应用于风电场小信号等值建模。

CN107769227A_一种适用于次同步研究的风电场等值建模：依据系统的接线方式提出了风电场内集电系统的串联等值阻抗及并联等值阻抗，在建模时需要获得每台风机的接入阻抗参数及接入形式，获取具有很大难度，工作量大，不适于大规模山地型风电机群建模使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效解决上述技术问题的基于风速相关性的大规模山地型风电机群等值小信号模型建模方法。

为达到本发明之目的，采用如下技术方案：

一种大规模风电机群等值小信号模型建模方法，该方法包括以下步骤：

S1、获取整个风电机群的每条集电线路在不同季节下的历史风速数据，整个风电机群共有k条集电线路，任意指定其中一条集电线路为第1条集电线路，同时测量采集该第1条集电线路的当前风速数据及其所带每台风机的当前风速数据，并测量计算每台风机相应的接入线路阻抗数据；

S2、对不同季节下的第1条集电线路与其余集电线路的历史风速数据进行相关性分析，并依据第1条集电线路的当前风速数据及相关性获得第1条集电线路与其余集电线路在各个季节下的风速相关性系数K_pj，p＝2,…，k；j＝1、2、3、4，j表示不同季节；

S3、根据采集的第1条集电线路上的所有风机当前风速数据，将该集电线路上的所有风机依据风机在不同风速下所处运行区域分成e组，根据测量计算得到的第1条集电线路上的所有风机接入线路阻抗数据对每组运行状态风速下的风机再分成o组，共计将第1条集电线路上的所有风机分成e*o组；e和o均为大于1的整数；

S4、依据当前所处的季节，确定当前风速相关性系数K_pj，再依据第1条集电线路上各台风机的当前风速数据得到其余各条集电线路上所带风机的等效风速；同时依据第1条集电线路上各台风机的接入线路阻抗数据根据类比规则得到其余各条集电线路上各风机的等效阻抗；

最后依据步骤S3中第1条集电线路的分组方式对其余集电线路上的风机进行类比聚类分组，从而将其余集电线路上的风机在当前季节下均分成e*o组；

S5、对所有集电线路的分组结果按照同类别进行整合处理，将整个风电机群中的风机在当前季节下分成e*o组；

S6、对不同分组下风电机群的风机设置不同参数等值法得到该分组下的等值风速及相应的等值阻抗；

S7、根据步骤S6得到的不同分组下的等值风速建立在不同分组下的等值小信号模型；

S8、整合不同分组下的等值阻抗及步骤S7中得到的不同分组下的等值小信号模型，得到大规模风电机群等值小信号模型。

步骤S2所述的风速相关性系数K_pj为：首先利用各条集电线路上的风速历史数据按季节不同建立风速相关性模型，然后再利用所搭建的不同季节下的风速相关性模型，给定第1条集电线路的当前风速v₁，得到第p条集电线路的可能风速概率分布，从可能风速概率分布中选取其概率最大的风速作为此线路的等效风速v_p，则此线路的风速相关性系数为：

步骤S3中共分成8组，分别为高阻抗启动区、高阻抗最大功率跟踪区、高阻抗恒转速区、高阻抗恒功率区、低阻抗启动区、低阻抗最大功率跟踪区、低阻抗恒转速区、低阻抗恒功率区。

步骤S4中等效风速及等效阻抗的计算过程是：

1)用K_pj来作为第1条集电线路与第p条集电线路上风机的风速等效相关性系数，当第1条集电线路所带风机台数与第p条集电线路所带风机台数相等时，风速和阻抗的等效关系为式(3)：

其中，v_pi、Z_pi表示第p条集电线路上第i台风机的等效风速及等效阻抗；v_1i、Z_1i为第1条集电线路上第i台风机的实测风速及实际接入线路阻抗；N₁表示第1条集电线路所带风机台数；

2)当第p条集电线路上所带风机台数多于第1条集电线路所带风机台数时，按照式(4)进行等效：

其中，v_pi、Z_pi、v_pq、Z_pq表示第p条集电线路上第i台或者第q台风机的等效风速及等效阻抗；q为第p条集电线路比第1条集电线路多出来的风机数编号；N₁为第1条集电线路所带风机台数，N_p为第p条集电线路所带风机台数；

3)当第p条集电线路所带风机台数少于第1条集电线路所带风机台数时：

步骤S6中不同分组下风电机群的风机设置不同参数等值法得到该分组下的等值风速及相应的等值阻抗的具体过程是：

1)在最大功率跟踪区组下按照式(6)对风速进行等值：

其中，P_mi为最大功率跟踪区组下第i台风机的功率；v_eqm为最大功率跟踪区组下的等值风速；g(x)为风速-功率函数；N_m为最大功率跟踪区组下的风机数目；

2)在恒转速区、恒功率区、启动区运行时均按照式(7)对风速进行等值：

其中，V_di为在恒转速区、恒功率区、启动区运行区组下的第i台风机的风速，其中当该风机位于第1条集电线路上时，风速为当前实测风速，否则为等效风速；v_eqd为在恒转速区、恒功率区、启动区运行区组下的等值风速；N_d为在恒转速区、恒功率区、启动区运行区组下的相应风机数目；

3)按照式(8)对风机接入线路阻抗进行等值，

Z_eqt为第t组下的等值阻抗；Z_ti为第t组下的第i台风机的接入线路阻抗，其中当该风机位于第1条集电线路上时，接入线路阻抗为实测计算得到的接入线路阻抗值，否则为等效阻抗。

步骤S7中不同分组下的等值小信号模型的参数表达式式：

1)启动区

机械转矩表达式为：

有功功率参考值表达式为：

2)最大功率跟踪区

机械转矩表达式为：

有功功率参考值表达式为：

3)恒转速区

机械转矩表达式为：

有功功率参考值表达式为：

4)恒功率区

机械转矩表达式为：

有功功率参考值表达式为：

P_{s_ref4}＝P_N (18)

上述式中，ω_r为转子转速；n_p为风机极对数；T_m为风机机械转矩；P_s为风机定子侧有功功率；P_{s_ref}为风机定子侧有功功率参考值，其中各字母下的数字下标1、2、3、4分别代表启动区、最大功率跟踪区、恒转速区、恒功率区；λ_opt为最佳叶尖速比；ρ为空气密度；R为风机叶片半径；C_p风能利用系数，C_pmax最大风能利用系数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明应用于大规模山地型风电机群的等值小信号建模，考虑了山地型风电机群的风机风速及接入线路阻抗，并对全风速分4类运行区域考虑，可以得到更全面、准确的等值小信号模型，先精准测量单条线路的数据、计算聚类再进行相关性等效，实现了依据最少的数据量满足最大精度的等值建模，可以大大减少采集数据的工作量(现有技术要进行采集测量几百台甚至上千台风机的工作量)，可行性高。

本发明线路之间风速的相关性按季节不同进行了区别，在选定季节下，来对线路风速进行相关性等效，提高了等效的准确性，同时其余线路上风机风速、接入阻抗在进行等效时，依据各条线路风机台数不同进行不同的等效处理，进而保证了等值模型的准确性。

在进行等值时，依据不同的分组，设计了不同的等值方式及不同的等值小信号模型，利用本发明对大规模(包括几百台甚至上千台风机)山地型风电机群接入电网的稳定性进行分析，其分析结果更加精准且全面，从而可更好的保证电网的安全稳定运行。

附图说明

图1为整个建模方法的流程图，为整个建模过程的一个步骤图。

图2为对单条集电线路聚类或者分类的效果图，分为A-F个区，即上文所对应的8类，图中的小叉号代表风机，其横轴代表其风速大小，纵轴代表阻抗的大小。

图3为最后将整个大规模山地型风电机群等值小信号模型为8机等值小信号模型的结构图，每一个小风机代表一种类型的等值机组。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

本发明一种大规模风电机群等值小信号模型建模方法，其包括如下步骤：

S1、获取整个风电机群的每条集电线路在不同季节下的历史风速数据，该历史风速数据为已知数据，整个风电机群共有k条集电线路，任意指定其中一条集电线路为第1条集电线路，同时测量采集该第1条集电线路的当前风速数据及其所带每台风机的当前风速数据，并测量计算每台风机相应的接入线路阻抗数据；

S2、对不同季节下的第1条集电线路与其余集电线路的历史风速数据进行相关性分析，并依据第1条集电线路的当前风速数据及相关性获得第1条集电线路与其余集电线路在各个季节下的风速相关性系数K_pj，p＝2,…，k，j＝1、2、3、4，j表示不同季节；

S3、根据采集的第1条集电线路上的所有风机当前风速数据，将该集电线路上的所有风机依据风机在不同风速下所处运行区域分成e组，根据测量计算得到的第1条集电线路上的所有风机接入线路阻抗数据对每组运行状态风速下的风机再分成o组，共计将第1条集电线路上的所有风机分成e*o组；e和o均为大于1的整数；

S4、依据当前所处的季节，确定当前风速相关性系数K_pj，再依据第1条集电线路上各台风机的当前风速数据得到其余各条集电线路上所带风机的等效风速；同时依据第1条集电线路上各台风机的接入线路阻抗数据根据类比规则得到其余各条集电线路上各风机的等效阻抗；

最后依据步骤S3中第1条集电线路的分组方式对其余集电线路上的风机进行类比聚类分组，从而将其余集电线路上的风机在当前季节下均分成e*o组；

S5、对所有集电线路的分组结果按照同类别进行整合处理，将整个风电机群中的风机在当前季节下分成e*o组；

S6、对不同分组下风电机群的风机设置不同参数等值法得到该分组下的等值风速及相应的等值阻抗；

S7、根据步骤S6得到的不同分组下的等值风速建立在不同分组下的等值小信号模型；

S8、整合不同分组下的等值阻抗及步骤S7中得到的不同分组下的等值小信号模型，得到大规模风电机群等值小信号模型。

进一步的：步骤S1所说的历史数据为大规模山地型风电机群下的各条集电线路上按季节不同进行区分的历史风速数据，此数据为该条集电线路上的测风塔数据。数据点时间间隔可依据具体情况而定，一般为15min。

进一步的：第1条集电线路上所带风机的当前风速为各台风机Scada系统上采集的数据，各台风机接入线路阻抗依据该风机与所连风电场站主变的实际距离及线路的阻抗信息来计算得出。风速和线路阻抗信息按照坐标点形式进行表达，即：

T_1i(v_1i,X_1i) i＝1,2,...,N₁ (1)

v_1i表示第1条集电线路上第i台风机的风速；X_1i表示第1条集电线路上第i台风机的接入线路阻抗；N₁为第1条集电线路上的风机台数；T_1i表示第1条集电线路第i台风机的风速与阻抗数据集合。

进一步的：步骤S2所述的风速相关性系数K_pj为：

(1)考虑到不同季节下各条集电线路上的风速相关性的不同，利用各条集电线路上的历史数据按季节不同建立风速相关性模型，得到不同季节下风速相关性模型用于之后的相关性分析；风速相关性建模方法可基于copula理论自行选择，为现有技术。

(2)利用上述所搭建的不同季节下的风速相关性模型，再给定第1条集电线路的当前风速v₁只能得到第p条集电线路的可能风速概率分布，从可能风速概率分布中选取其概率最大的风速作为此线路的等效风速v_p，则此线路的风速相关性系数为：

风速相关性系数K_pj中j＝1,2,3,4分别代表春、夏、秋、冬四个季节，K_pj表示在某一季节第1条集电线路对第p条集电线路的风速相关性的大小。

进一步的：步骤S3中，按在不同风速下风机所处运行区域不同及接入线路阻抗大小不同对第1条集电线路所带风机进行分组为：

(1)对风机在全风速下进行分组，分为启动区、最大功率跟踪区、恒转速区、恒功率区。保证了等值过程的完整性，并可用于各种季节下的风电机群小信号分析。

(2)考虑到各风机接入线路阻抗对风电机群小信号分析的影响，依据实际测量并计算得到的各风机接入线路阻抗，对各风机进行分组。

当选择分8组时，预计得到如图2所示分组效果，A区为高阻抗启动区、B区为高阻抗最大功率跟踪区、C区为高阻抗恒转速区、D区为高阻抗恒功率区、E区为低阻抗启动区、F区为低阻抗最大功率跟踪区、G区为低阻抗恒转速区、H区为低阻抗恒功率区。

进一步的：步骤S4依据相关性得到其余集电线路所带风机等效风速，同时根据类比规则得到等效阻抗：

(1)用K_pj来作为第1条集电线路与第p条集电线路上风机的风速等效相关性系数(不同季节下类似)，当第1条集电线路所带风机台数与第p条集电线路所带风机台数相等时，风速和阻抗的等效关系如式(3)：

其中，v_pi、Z_pi表示第p条集电线路上第i台风机的等效风速及等效阻抗；v_1i、Z_1i为第1条集电线路上第i台风机的实测风速及实际接入线路阻抗；N₁表示第1条集电线路所带风机台数。

(2)当第p条集电线路上所带风机台数多于第1条集电线路所带风机台数时：

其中，v_pi、Z_pi、v_pq、Z_pq表示第p条集电线路上第i台或者第q台风机的等效风速及等效阻抗；q为第p条集电线路比第1条集电线路多出来的风机数编号；N₁为第1条集电线路所带风机台数，N_p为第p条集电线路所带风机台数。

(3)当第p条集电线路所带风机台数少于第1条集电线路所带风机台数时：

以此思路，依次求取其余各条集电线路所带风机的等效风速及等效阻抗。

进一步的：步骤S4对其余集电线路上的风机进行类比聚类分组为：

经以上等效处理后，可得到其余各条集电线路所带风机的等效风速及等效阻抗，此时利用此等效数据再依据步骤S3的思路来对其余集电线路所带风机进行类比聚类分组处理。

在不同季节下的分组步骤与此一致。

进一步的：步骤S5中对所有集电线路的分组结果按照同类别进行整合处理，将整个风电机群中的风机在当前季节下分成e*o组：

将各条集电线路下的风机按所分的8组进行整合，相同类型不同集电线路上的机组(风机)放到一个分组之中，不计不同线路之间的影响，单纯的整合归类。实现大规模山地型风电机群的分组。

进一步的：步骤S6设计双馈风机在不同分组下的各参数等值法为：

(1)依据风机所处运行区域的不同来对风速进行等值：

在最大功率跟踪区组下时：

其中，P_mi为最大功率跟踪区组下第i台风机的功率；v_eqm为最大功率跟踪区组下的等值风速；g(x)为风速-功率函数；N_m为最大功率跟踪区组下的风机数目；最大功率跟踪区组下还可依据接入线路阻抗不同分为高、低阻抗组，但其风速等值方式无区别。

在其余三个运行区时：

其中，V_di为在其余三个运行区组下的第i台风机的风速(当该风机位于第1条集电线路上时，风速为当前实测风速；否则为等效风速)；v_eqd为在其余三个运行区组下的等值风速；N_d为在其余三个运行区组下的相应风机数目；d代表其余三个运行区组；其余三个运行区组下还可依据接入线路阻抗不同分为高、低阻抗组，但同区域下不同阻抗组下的风速等值方式无区别。

(2)对风机接入线路阻抗的等值，不论是在高阻抗区还是低阻抗区，也不考虑其所处风速运行区组，其等值阻抗均为：

Z_eqt为第t组下的等值阻抗；Z_ti为第t组下的第i台风机的接入线路阻抗(当该风机位于第1条集电线路上时，接入线路阻抗为实测计算得到的接入线路阻抗值；否则为等效阻抗。)；t代表上述大规模风电机群的8类分组。

其余参数如：风机内部定转子阻抗参数、控制参数等的等值，可采用本领域常规等值方法，其余参数等值后用于带入步骤S7中的等值小信号模型进行计算。本申请按运行区域不同进行区别等值，因为最大功率跟踪区对风速要求比较大，所以单独对其等值比较精确，其余三个运行区直接采用平均值等值。

进一步的：步骤S7设计双馈风机在不同分组下的等值小信号模型为：

本文中所述风机均为双馈风机，所需搭建的8类等值小信号模型，其中与接入线路阻抗有关的分组，其接入线路阻抗只与外部接口电路相关，其内部的数学方程是不需要改变，只需改变其接入线路阻抗值即可，所以在设计不同分组下的等值小信号模型时，只需依据四个风速运行区域来对风机数学模型方程进行修改，高、低阻抗分组的不同通过与外部电路接口的导纳矩阵中的导纳值不同来体现。

需要进行修改的方程包括转子运动方程中的机械转矩部分：

以及转子侧变流器控制器方程中有功功率参考值部分：

其中，ω_r为转子转速；n_p为风机极对数；J为风机转动惯量系数；T_e为风机电磁转矩；T_m为风机机械转矩；P_s为风机定子侧有功功率；P_{s_ref}为风机定子侧有功功率参考值。

上述为常规数学模型方程，在不同的分组下，下述为描述方便会多加下标1、2等表示各个风速运行区域，以示区别。

(1)启动区

其转速设定在一个较小的值，其风能利用系数C_p是变化的。

其机械转矩表达式为：

其有功功率参考值表达式为：

其中，ρ为空气密度；R为风机叶片半径；

(2)最大功率跟踪区

其转速会变化，使风能利用系数C_p保持在最大值，即C_pmax。

其机械转矩表达式为：

其有功功率参考值表达式为：

其中，λ_opt为最佳叶尖速比。

(3)恒转速区

其转速设定在一个较大的值，其Cp是变化的。

其机械转矩表达式为：

其有功功率参考值表达式为：

(4)恒功率区

其转速设定在一个较大的值，其定子侧有功功率参考值为风机额定功率P_N，此时需要通过变桨距控制桨距角来限制机械功率的输入，此时需要将变桨距控制加入等值小信号模型中，本发明对不同运行区分别设计不同模型，并之后整合来等值整个大风场群。

其机械转矩表达式为：

其有功功率参考值表达式为：

P_{s_ref4}＝P_N (18)

桨距角控制表达式为：

其中，x₈、x₉为引入的PI控制的中间状态变量；ω_{r_ref}为转子转速参考值；β_ref、β分别为桨距角参考值及桨距角；T_β为惯性环节常数。k_p8、k_p9分别为转速、功率PI控制的比例系数；k_i8、k_i9分别为转速、功率PI控制的积分系数。

在恒功率区时，风机的等值小信号模型将选取如下17个状态变量(其中x8、x9是桨距角控制的中间变量，β为桨距角)：

ΔX＝[Δω_r Δθ Δψ_dr Δψ_qr Δx₁ Δx₂ Δx₃ Δx₄ Δx₅ Δx₆ Δx₇ Δudc Δidg Δiqg Δx₈ Δx₉ Δβ](20)

在其余三个运行区时，风机的等值小信号模型将选取如下14个状态变量：

ΔX＝[Δω_r Δθ Δψ_dr Δψ_qr Δx₁ Δx₂ Δx₃ Δx₄ Δx₅ Δx₆ Δx₇ Δudc Δidg Δiqg](21)

其中，ΔX为等值小信号模型选取的线性化后的状态变量集合；Δω_r为线性化后的转子转速；Δθ为线性化后的转子位置角；ΔΨ_dr、ΔΨ_qr分别为线性化后的转子磁链d、q轴分量；Δx₁、Δx₂、Δx₃、Δx₄为线性化后的机侧变流器PI控制器的中间变量；Δx₅、Δx₆、Δx₇为线性化后的网侧变流器PI控制器的中间变量；Δu_dc为线性化后的直流母线电容电压；Δi_dg、Δi_qg分别为线性化后的滤波支路电流的d、q轴分量；Δx₈、Δx₉为线性化后的桨距角PI控制器的中间变量；Δβ为线性化后的桨距角；

依据风机内部电压方程及变流器的控制方程及滤波支路、直流母线电容支路方程，并对其线性化来构建风机系统方程：

并依据风机内部电压电流方程构建风机接口电流与电压的矩阵方程：

Δi＝CΔX+DΔu (23)

再依据风机与外部电网的接口导纳矩阵方程：

Δi＝YΔu (24)

其中，A为风机内部状态变量系数矩阵；B为表征风机内部状态变量与接口电压之间关系的系数矩阵。C为表征风机内部状态变量与接口电流之间关系的系数矩阵；D为表征接口电流与接口电压之间关系的系数矩阵；Y为风机与外部电网接口导纳矩阵；Δu为线性化后的接口电压；Δi为线性化后的接口电流。

类比上述风机等值小信号模型建模过程来分别建立启动区、最大功率跟踪区、恒转速区、恒功率区的等值小信号模型。

进一步的：步骤S8的大规模山地型风电机群等值小信号模型为：

将步骤S7得到的4个风速区域下的等值小信号模型方程整合为一个矩阵方程，因为接入线路阻抗的高低不会对风机内部的方程产生影响，但会在外界端口处体现出影响，所以在各个风速区域下各搭建两套相同(因为双馈风机内部与阻抗无关，所以设计了4类风机内部小信号模型，但最后加上阻抗分量是分8类，所以在各个风速区域下搭建两套来分别用于高、低阻抗，两套等值小信号模型一样)的风机等值小信号模型方程，即搭建8台风机等值小信号模型方程整合为一个矩阵方程：

其中，t为风机分组数，计划为8组。

将8组风机接口电流与电压的矩阵方程整合为一个矩阵方程：

将8组风机并联接入电网，8机接入电网结构如图3所示，构造接口导纳矩阵方程，此时导纳矩阵Y依据步骤S6中得到的8类分组下的等值阻抗计算得到(此处可体现出高低阻抗区的分别)：

则联立以上三个聚合矩阵式(25)～(27)可得到聚合状态矩阵：

T_zong＝A_zong+(Y_zong-D_zong)^-1C_zongB_zong (28)

其中，t为大规模风电机群的分组数；A_t为第t组下风机内部状态变量系数矩阵；B_t为第t组下表征风机内部状态变量与接口电压之间关系的系数矩阵。C_t为第t组下表征风机内部状态变量与接口电流之间关系的系数矩阵；D_t为第t组下表征接口电流与接口电压之间关系的系数矩阵；Δu_t为第t组下线性化后的接口电压；Δi_t为第t组下线性化后的接口电流；Y_zong为8机等值风机接入外部电网的接口导纳矩阵；A_zong为8机等值风机接入外部电网下风机内部状态变量系数矩阵；B_zong为8机等值风机接入外部电网下表征风机内部状态变量与接口电压之间关系的系数矩阵；C_zong为8机等值风机接入外部电网下表征风机内部状态变量与接口电流之间关系的系数矩阵；D_zong为8机等值风机接入外部电网下表征表征接口电流与接口电压之间关系的系数矩阵；T_zong为此大规模山地型风电机群的等值小信号模型的状态矩阵。

可通过求取T_zong的特征值，并求其参与因子来对大规模山地型风电机群接入电网的小干扰稳定性进行分析，通过对特征值的判断来得到振荡模态信息，通过对参与因子的分析来得到与振荡模态强相关的变量信息。

本发明方法的整体思路是：首先按集电线路来对大规模风电场进行划分，详细测量第A条集电线路的风速、接入线路阻抗数据，并对其进行聚类分组(具体的聚类方式为现有技术)，依据各条集电线路的风速历史数据来建立相关性模型，并依据集电线路之间的相关性系数及第A条线路的实际数据、及聚类情况，来得到各条集电线路的等效聚类情况，再整合得到大规模山地型风电机群的分组，再依据风机所处运行区域的不同构建风速、阻抗的不同进行区别等值，并根据分组不同构建不同分组下的等值小信号模型，最后再整合为整体的等值小信号模型。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (6)

1.一种大规模风电机群等值小信号模型建模方法，该方法包括以下步骤：

S1、获取整个风电机群的每条集电线路在不同季节下的历史风速数据，整个风电机群共有k条集电线路，任意指定其中一条集电线路为第1条集电线路，同时测量采集该第1条集电线路的当前风速数据及其所带每台风机的当前风速数据，并测量计算每台风机相应的接入线路阻抗数据；

S2、对不同季节下的第1条集电线路与其余集电线路的历史风速数据进行相关性分析，并依据第1条集电线路的当前风速数据及相关性获得第1条集电线路与其余集电线路在各个季节下的风速相关性系数K_pj，p＝2,…，k；j＝1、2、3、4，j表示不同季节；

S3、根据采集的第1条集电线路上的所有风机当前风速数据，将该集电线路上的所有风机依据风机在不同风速下所处运行区域分成e组，根据测量计算得到的第1条集电线路上的所有风机接入线路阻抗数据对每组运行状态风速下的风机再分成o组，共计将第1条集电线路上的所有风机分成e*o组；e和o均为大于1的整数；

S4、依据当前所处的季节，确定当前风速相关性系数K_pj，再依据第1条集电线路上各台风机的当前风速数据得到其余各条集电线路上所带风机的等效风速；同时依据第1条集电线路上各台风机的接入线路阻抗数据根据类比规则得到其余各条集电线路上各风机的等效阻抗；

最后依据步骤S3中第1条集电线路的分组方式对其余集电线路上的风机进行类比聚类分组，从而将其余集电线路上的风机在当前季节下均分成e*o组；

S5、对所有集电线路的分组结果按照同类别进行整合处理，将整个风电机群中的风机在当前季节下分成e*o组；

S6、对不同分组下风电机群的风机设置不同参数等值法得到该分组下的等值风速及相应的等值阻抗；

S7、根据步骤S6得到的不同分组下的等值风速建立在不同分组下的等值小信号模型；

S8、整合不同分组下的等值阻抗及步骤S7中得到的不同分组下的等值小信号模型，得到大规模风电机群等值小信号模型。

2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤S2所述的风速相关性系数K_pj为：首先利用各条集电线路上的风速历史数据按季节不同建立风速相关性模型，然后再利用所搭建的不同季节下的风速相关性模型，给定第1条集电线路的当前风速v₁，得到第p条集电线路的可能风速概率分布，从可能风速概率分布中选取其概率最大的风速作为此线路的等效风速v_p，则此线路的风速相关性系数为：

3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤S3中共分成8组，分别为高阻抗启动区、高阻抗最大功率跟踪区、高阻抗恒转速区、高阻抗恒功率区、低阻抗启动区、低阻抗最大功率跟踪区、低阻抗恒转速区、低阻抗恒功率区。

4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，步骤S4中等效风速及等效阻抗的计算过程是：

1)用K_pj来作为第1条集电线路与第p条集电线路上风机的风速等效相关性系数，当第1条集电线路所带风机台数与第p条集电线路所带风机台数相等时，风速和阻抗的等效关系为式(3)：

其中，v_pi、Z_pi表示第p条集电线路上第i台风机的等效风速及等效阻抗；v_1i、Z_1i为第1条集电线路上第i台风机的实测风速及实际接入线路阻抗；N₁表示第1条集电线路所带风机台数；

2)当第p条集电线路上所带风机台数多于第1条集电线路所带风机台数时，按照式(4)进行等效：

其中，v_pi、Z_pi、v_pq、Z_pq表示第p条集电线路上第i台或者第q台风机的等效风速及等效阻抗；q为第p条集电线路比第1条集电线路多出来的风机数编号；N₁为第1条集电线路所带风机台数，N_p为第p条集电线路所带风机台数；

3)当第p条集电线路所带风机台数少于第1条集电线路所带风机台数时：

5.根据权利要求3所述的建模方法，其特征在于，步骤S6中不同分组下风电机群的风机设置不同参数等值法得到该分组下的等值风速及相应的等值阻抗的具体过程是：

1)在最大功率跟踪区组下按照式(6)对风速进行等值：

其中，P_mi为最大功率跟踪区组下第i台风机的功率；v_eqm为最大功率跟踪区组下的等值风速；g(x)为风速-功率函数；N_m为最大功率跟踪区组下的风机数目；

2)在恒转速区、恒功率区、启动区运行时均按照式(7)对风速进行等值：

其中，V_di为在恒转速区、恒功率区、启动区运行区组下的第i台风机的风速，其中当该风机位于第1条集电线路上时，风速为当前实测风速，否则为等效风速；v_eqd为在恒转速区、恒功率区、启动区运行区组下的等值风速；N_d为在恒转速区、恒功率区、启动区运行区组下的相应风机数目；

3)按照式(8)对风机接入线路阻抗进行等值，

Z_eqt为第t组下的等值阻抗；Z_ti为第t组下的第i台风机的接入线路阻抗，其中当该风机位于第1条集电线路上时，接入线路阻抗为实测计算得到的接入线路阻抗值，否则为等效阻抗。

6.根据权利要求5所述的建模方法，其特征在于，步骤S7中不同分组下的等值小信号模型的参数表达式式：

1)启动区

机械转矩表达式为：

有功功率参考值表达式为：

2)最大功率跟踪区

机械转矩表达式为：

有功功率参考值表达式为：

3)恒转速区

机械转矩表达式为：

有功功率参考值表达式为：

4)恒功率区

机械转矩表达式为：

有功功率参考值表达式为：

P_{s_ref4}＝P_N (18)

上述式中，ω_r为转子转速；n_p为风机极对数；T_m为风机机械转矩；P_s为风机定子侧有功功率；P_{s_ref}为风机定子侧有功功率参考值，其中各字母下的数字下标1、2、3、4分别代表启动区、最大功率跟踪区、恒转速区、恒功率区；λ_opt为最佳叶尖速比；ρ为空气密度；R为风机叶片半径；C_p风能利用系数，C_pmax最大风能利用系数。