CN116629016A - 一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法 - Google Patents
一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116629016A CN116629016A CN202310674047.5A CN202310674047A CN116629016A CN 116629016 A CN116629016 A CN 116629016A CN 202310674047 A CN202310674047 A CN 202310674047A CN 116629016 A CN116629016 A CN 116629016A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- permanent magnet
- short
- circuit current
- fan
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 7
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 abstract 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 101100499229 Mus musculus Dhrsx gene Proteins 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Economics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Geometry (AREA)
- Marketing (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法。该方法针对考虑风电场内部集电线以及风机间连接线时，计算风电场短路电流无法使用风机等值聚合模型导致仿真较慢的问题，提出一种直驱风机简化模型来进行短路电流仿真。具体的，首先，确定风电场的拓扑结构及参数。其次，搭建永磁直驱风机简化模型及其低电压穿越期间控制策略。最后，在风电场出口处设置故障，记录故障期间的短路电流。
Description
技术领域
本发明涉及风电场短路电流仿真计算领域，尤其涉及一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法。
背景技术
不断增长的能源需求和日益严峻的环境问题极大地促进了可再生能源的快速发展。直驱风机具有能量转换效率高，采用AC-DC-AC的输电方式，与电网有一定程度的隔离等优点，在海上风电场得到越来越广泛的应用。然而，随着风电场的装机容量以及单台直驱风机功率的不断提高，其对电力系统短路电流的影响日益严重。为了正确评估大规模风电并网可能对电网短路电流产生的影响，需要对风电场以及直驱风机建立详细的仿真建模。
PSCAD作为国际上较为知名的电磁暂态仿真软件深受国内外研究团队的青睐。PSCAD/EMTDC采用时域分析求解完整的电力系统及微分方程(包括电磁和机电两个系统)，结果非常精确。永磁直驱风机的电磁暂态详细模型包含永磁发电机，直流母线，机侧网侧变流器及其相应的控制。其中调制环节需要较短的仿真步长以达到精确的仿真结果，因此风机的详细模型仿真较为缓慢，当需要搭建包含集电线和风机间线路的风电场详细模型时，不能对直驱风机进行等值计算来模拟多台风机，每台直驱风机需要单独的计算模型，这大大加剧了计算量，拉长了仿真所需的时间。因此需要找到一种既能模拟风机内外环控制动态过程，又能简化调制环节以加速风电场短路电流计算的直驱风机简化模型。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法。在计算短路电流时，若需要考虑风电场内部集电线等线路拓扑结构，但对于详细风机模型，PSCAD仿真软件仿真较慢，可考虑使用直驱风机简化模型。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
步骤1、确定风电场的拓扑结构及参数。
步骤2、搭建永磁直驱风机简化模型。
步骤3、搭建风机低电压穿越控制策略，低电压穿越期间采用无功电流优先，低穿后的恢复采用以一定斜率恢复。
步骤4、搭建包含风电场拓扑结构的电磁暂态仿真模型，设置故障，记录故障期间的短路电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的直驱风机正常运行时内外环控制框图。
图2为本发明实施例提供的低电压穿越期间控制框图。
图3为本发明实施例提供的永磁直驱风机简化电路图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，具体分析过程如下所示：
步骤1、确定风电场的拓扑结构及参数。
当需要考虑风电场内部具体结构时，需要对风电场进行详细建模而不能对风机采用等值模型，因此需要确定风电场所连电网的电压等级和等值阻抗、风电场的拓扑接线结构、集电线和各条线路电压等级及线路参数、各个变压器的电压等级及阻抗信息、各个永磁直驱发电机电压等级以及出力水平。
步骤2、搭建永磁直驱风机简化模型。
搭建永磁直驱风机简化模型，忽略其永磁直驱发电机、机侧变流器，网侧变流器以及直流电容环节；保留其网侧变流器电压外环以及电流内环，外环采用直流母线电压控制有功功率，并设定风机侧出力为风机额定功率，q轴电流参考值为0控制无功功率。其直流母线电压根据公式采用数字模拟，其中Udc为直流母线电压，Cdc为直流母线电容，Pin为机侧输入至直流母线的功率，可认为为风机额定功率，Ud为风机并网点电压经等功率Park变换后d轴分量，Id为风机出口处电流的d轴分量。其调制环节采用受控电压源模拟，将控制得到的dq轴电压参考值经Park反变换后得到参考电压的幅值和相角，输入至受控电压源来模拟并网侧变流器的输出。
步骤3、搭建风机低电压穿越控制策略，低电压穿越期间采用无功电流优先，低穿后的恢复采用以一定斜率恢复。
风机的低电压穿越采用GB_T 19963-2011国家标准，故障期间为无功电流优先，风电场注入电力系统的动态无功电流为iq＝1.5×(0.9-UT)IN,(0.2≤UT≤0.9)，UT为风机并网点处的电压标幺值，IN为风机额定电流。风电场注入的有功电流为id_N为电压外环得到的d轴电流参考值。由于短路电流主要是测量故障期间的短路电流，因此低电压穿越恢复期间的控制策略可以省略。
步骤4、搭建包含风电场拓扑结构的电磁暂态仿真模型，设置故障，记录故障期间的短路电流。
在风电场并网点处设置故障，配置相应的接地电阻使风机出口处电压跌落至0.9p.u.以下，待故障点短路电流稳定后，记录短路电流大小，得到风电场的短路电流。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、确定风电场的拓扑结构及参数。
步骤2、搭建永磁直驱风机简化模型。
步骤3、搭建风机低电压穿越控制策略，低电压穿越期间采用无功电流优先，低穿后的恢复采用以一定斜率恢复。
步骤4、搭建包含风电场拓扑结构的电磁暂态仿真模型，设置故障，记录故障期间的短路电流。
2.根据要求1所述的一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法，其特征在于：所述步骤1中，确定风电场所连电网的电压等级和等值阻抗、风电场的拓扑接线结构、集电线和各条线路电压等级及线路参数、各个变压器的电压等级及阻抗信息、各个永磁直驱发电机电压等级以及出力水平。
3.根据要求1所述的一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法，其特征在于：所述步骤2中，搭建永磁直驱风机电磁暂态简化模型，忽略其永磁直驱发电机、机侧变流器，网侧变流器以及直流电容环节；保留其网侧变流器电压外环以及电流内环，外环采用直流母线电压控制有功功率，设定q轴电流参考值为0控制无功功率，其直流母线电压采用数字模拟，其调制环节采用受控电压源模拟。
4.根据要求1所述的一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法，其特征在于：所述步骤3中，风机的低电压穿越采用GB_T 19963-2011国家标准，故障期间为无功电流优先，风电场注入电力系统的动态无功电流为iq＝1.5×(0.9-UT)IN,(0.2≤UT≤0.9)，UT为风机并网点处的电压标幺值，IN为风机额定电流。风电场注入的有功电流为id_N为电压外环得到的d轴电流参考值。
5.根据要求1所述的一种基于永磁直驱风机电磁暂态简化模型的风电场短路电流仿真方法，其特征在于：所述步骤4中，在风电场并网点处设置故障，配置相应的接地电阻使风机出口处电压跌落至0.9p.u.以下，待故障点短路电流稳定后，记录短路电流大小，得到风电场的短路电流。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310674047.5A CN116629016A (zh) | 2023-06-08 | 2023-06-08 | 一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310674047.5A CN116629016A (zh) | 2023-06-08 | 2023-06-08 | 一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116629016A true CN116629016A (zh) | 2023-08-22 |
Family
ID=87591910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310674047.5A Pending CN116629016A (zh) | 2023-06-08 | 2023-06-08 | 一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116629016A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117713014A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-03-15 | 中南大学 | 双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法 |
-
2023
- 2023-06-08 CN CN202310674047.5A patent/CN116629016A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117713014A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-03-15 | 中南大学 | 双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法 |
| CN117713014B (zh) * | 2023-12-14 | 2024-05-17 | 中南大学 | 双馈风电故障全过程贡献短路电流通用控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104215904B (zh) | 一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试系统及方法 | |
| CN112421670A (zh) | 一种适用于远海风电送出的中频柔性直流输电系统及其控制方法 | |
| CN111509714B (zh) | 基于阻抗建模的海上风电机群并网谐振稳定性判别方法 | |
| CN104795842B (zh) | 一种含双馈风电场和永磁直驱风电场的混合风电场群的对称故障穿越控制方法 | |
| CN116629016A (zh) | 一种基于永磁直驱风机简化模型的风电场短路电流仿真方法 | |
| CN110311415B (zh) | 一种可再生能源发电基地的暂态稳定裕度评估方法 | |
| CN110165644B (zh) | 一种基于暂态电流时频特性的新能源场站纵联保护方法 | |
| Li et al. | Decoupling control for multiterminal VSC-HVDC based wind farm interconnection | |
| CN111162562B (zh) | 一种适用于风电mmc-mtdc系统的协调故障穿越方法 | |
| CN103501010B (zh) | 一种双滞环控制的风电场无功支撑方法 | |
| Altimania | Modeling of doubly-fed induction generators connected to distribution system based on eMEGASim® real-time digital simulator | |
| Li et al. | Structure preserving aggregation method for doubly-fed induction generators in wind power conversion | |
| CN111769594A (zh) | 一种全功率风电机组风电场仿真系统及仿真方法、设备 | |
| CN116341202A (zh) | 一种海上风电场海缆传输极限计算方法及设备 | |
| CN112198452B (zh) | 一种适用于工程实用化的新能源短路电流表达式的构建方法 | |
| Erlich et al. | Modelling and performance analysis of wind farms: A case study of the Ashegoda wind farm in Ethiopia | |
| Qin et al. | Effect of submarine cable capacitance on dynamic aggregation modeling of SCIG-based wind farm | |
| CN111769593A (zh) | 一种双馈风电机组风电场仿真系统及仿真方法、设备 | |
| CN207367474U (zh) | 风电机组半实物实验装置 | |
| Keung et al. | Generic models of wind turbines for power system stability studies | |
| CN116382123B (zh) | 主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法 | |
| Ojetola et al. | Impact of Collector Network Aggregation of Solar and Type 4 Wind Farms for Short Circuit Studies | |
| Chen et al. | Small Signal Stability Analysis of Combined Operation System of Variable Speed Pumped Storage and Direct Drive Wind Turbine | |
| Hong et al. | Research on reactive power compensation of grid connected system of DFIG based on RTDS | |
| CN115133511A (zh) | 用于双馈风电场送出线的负序电流分量纵联保护方法、系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |