一种风电场单机等值建模验证方法技术

本发明专利技术公开了一种风电场单机等值建模验证方法，第一步，获取实际风电场机组稳态运行时产生的有功功率、无功功率、机端电压、输出电流、风速的相关数据；第二步，通过对数据进行处理选出一台能够表征整个风电场实际工况的机组；第三步，保留上述可以表征整个风电场实际工况的单台机组，通过并联受控电流源的方法对风电场进行等值；第四步，通过设置短路故障模式来验证单机等值建模的有效性。本发明专利技术方法大大简化了以往等值过程中所需要的风电机组参数折算，缩短了仿真建模时间，具有工程实用性。

An Equivalent Modeling and Verification Method for Wind Farm

【技术实现步骤摘要】
一种风电场单机等值建模验证方法
本专利技术属于电力系统仿真建模
，尤其涉及一种风电场单机等值建模验证方法。
技术介绍
由于能源和环境问题的日益严峻，风能以其技术和成本方面的优势在电力系统中得到了广泛应用。然而，随着风能并网规模的快速增加，电力系统的运行灵活性和安全稳定性受到了一定影响和冲击，因此对风电大规模接入电力系统进行分析计算的要求越来越高。一个风电场往往有几十台甚至上百台风电机组，如果对每台风电机组都单独建模，则会大大增加电力系统仿真模型的复杂度和仿真计算时间，甚至面临“维数灾”问题。因此，加强风电场等值建模工作的研究十分必要。目前，风电场的等值方法可以分为单机等值和多机等值两类。虽然多机等值方法可以达到较高的等值精度，但计算复杂，在输入风速变化时，分群指标、表征形式和等值机台数也将随之变化。而且这种方法常常需要配合复杂的智能算法识别能够表征机组状态的分群指标，对风电场内的风电机组加以分组，工程实用性较差。因此，风电场的单机等值模型日益受到人们的重视。例如：CN107272643A-新能源场站实用化单机等值方法，该申请技术将新能源场站内所有新能源机组等值为一台机组，采用容量加权单机等值法对风电场内部参数进行等值计算。但是随着风电机组台数的增多，其参数折算的计算量也明显增大，且实际风电场内部结构复杂，进行参数折算的步骤也十分繁琐。CN106410862A-基于有功恢复斜率校正的风电场单机等值方法，该申请技术基于某厂家的风电机组的风速-风功率曲线，通过改变风电机组内部有功恢复斜率校正模块来对风电场进行单机等值。但是不同厂家、不同型号的风电机组的风速-风功率曲线有可能会有较大差异，其有功恢复斜率校正模块也有所不同，导致此方法在实际应用比较单一。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种风电场单机等值建模验证方法，采用单台风电机组并联受控电流源的单机等值法来对风电机组进行等值，保留一台风电机组的原始模型通过并联受控电流源的方法模拟风电场的输出特性，这样大大简化了以往等值过程中所需要的风电机组参数折算，缩短了仿真建模时间，具有工程实用性。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种风电场单机等值建模验证方法，包括以下步骤：步骤1：获取实际风电场机组稳态运行时产生的有功功率、无功功率、机端电压、输出电流、风速的数据；步骤2：通过对步骤1采集的数据进行处理，选择一台能够表征整个风电场实际工况的机组，即选择一台中心机组；步骤3：保留步骤2所述表征整个风电场实际工况的单台机组，通过并联受控电流源的方法对风电场进行等值建模；步骤4：通过设置短路故障模式验证单机等值建模的有效性。进一步，步骤1中，获取实际风电场机组稳态运行时产生的数据，方法如下：选择实际风电场运行时的有功功率、无功功率、机端电压、输出电流、风速这五种运行状态变量的运行数据构成状态变量矩阵X，表示如下：X＝[x1,x2,...,xi,...,xn]n×b其中，n为机组数量，b为指标个数，i表示第i台机组，i取值范围为[1,n]，xi表示第i台机组的指标向量，表达式如下：xi＝[Pi,Qi,Ui,Ii,Vi]其中，Pi表示第i台机组的有功功率，Qi表示第i台机组的无功功率，Ui表示第i台机组的机端电压有效值，Ii表示第i台机组端变压器高压侧A相电流有效值，Vi表示第i台机组的平均风速。进一步，步骤2中，选择一台能够表征整个风电场实际工况的机组，方法如下：(2-1)计算状态变量矩阵X的中心向量中心向量是表征整个风电场的向量，它是由机组指标参数的平均值得出，即：其中，为有功功率的平均值，为无功功率的平均值，为机端电压有效值的平均值，为机端变压器高压侧A相电流有效值的平均值，为平均风速的平均值；(2-2)计算各机组的指标向量与中心向量的距离，表达式如下：其中，di表示第i台机组的指标向量xi与中心向量的距离；(2-3)选取di数值最小的机组作为表征整个风电场实际工况的机组。进一步，步骤3中，对风电场进行等值建模方法如下：(3-1)保留中心机组的原始模型，提取该机组输出至风电并网点的电流信号IC；(3-2)将该电流信号放大n-1倍，作为受控电流源输出至风电并网点的电流信号IS＝(n-1)×IC,n为机组数量；(3-3)将受控电流源与中心机组并联，形成等值机群模型，其输出电流I＝IC+IS。进一步，步骤4中，建立模型验证单元，验证本专利技术方法所获得的等值模型的稳态特性与暂态特性，步骤如下：(4-1)将实际风电场稳态运行时的有功无功功率曲线与等值模型稳态时的有功无功功率曲线进行对比，验证稳态特性；(4-2)在风电场发生三相短路故障时，实际风电场故障期间有功无功功率曲线与等值模型故障期间的有功无功功率曲线进行对比，验证暂态特性。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益的技术效果：本专利技术公开一种风电场单机等值建模验证方法，采用单台风电机组并联理想受控电流源的单机等值法来对风电机组进行等值，仅仅保留一台风电机组的详细模型通过并联受控电流源的方法模拟风电场的输出特性，这样大大简化了以往等值过程中所需要的风电机组参数折算，缩短了仿真建模时间，具有工程实用性。附图说明图1是本专利技术的12*5WM双馈型风电场的示意图；图2是本专利技术的风电场单机等值建模方法的流程图；图3是本专利技术步骤3的示意图；图4是单机等值建模示意图；图5是等值前后并网点有功、无功响应曲线对比图；图6是系统短路时等值前后并网点有功、无功响应曲线对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。本专利技术选取风电场12台5WM的双馈型风电机组，风电场具体结构如图1所示，本专利技术的流程图如图2所示。其中，风电机组型号、容量、结构相同，对每台风电机组进行编号，并设置不同的风速。具体风机参数与风速设置见表1和表2所示。表1风电场电气参数机组123456风速(m/s)9.89.79.69.59.49.3机组789101112风速(m/s)9.29.19.08.98.88.7表2机组风速设置本专利技术所述的一种风电场单机等值建模验证方法，用于风电场单机等值建模研究，包括以下步骤：步骤1：在PSCAD上搭建仿真模型，得到风电场中风电机组运行时的有功功率、无功功率、机端电压、输出电流、风速五种状态变量，选择这五种运行状态变量的运行数据构成状态变量矩阵X，表示如下：X＝[x1,x2,...,x12]12×5其中，x1,x2,...,x12分别表示12台机组的指标向量，表达式如下：xi＝[Pi,Qi,Ui,Ii,Vi]其中，i表示第i台机组，i取值范围为[1,12]，Pi表示第i台机组的有功功率，Qi表示第i台机组的无功功率，Ui表示第i台机组的机端电压有效值，Ii表示第i台机组端变压器高压侧A相电流有效值，Vi表示第i台机组的平均风速。取基准容量为SB＝5WM,UB＝35KV,VB＝11.3m/s，对风电机组运行状态变量进行标幺化，将有量刚的值转化为无量纲的值，简化计算，便于比较数据间的差异，具体数据如表3所示。表3风电机组运行状态变量步骤2：选择一台能够表征整个风电场实际工况的机组，即选择一台中心机组，方法如下：(2-1)计算状态变量矩阵X的中心向量即：其中，n＝12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电场单机等值建模验证方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：获取实际风电场机组稳态运行时产生的有功功率、无功功率、机端电压、输出电流、风速的数据；步骤2：通过对步骤1采集的数据进行处理，选择一台能够表征整个风电场实际工况的机组，即选择一台中心机组；步骤3：保留步骤2所述表征整个风电场实际工况的单台机组，通过并联受控电流源的方法对风电场进行等值建模；步骤4：通过设置短路故障模式验证单机等值建模的有效性。

【技术特征摘要】
1.一种风电场单机等值建模验证方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：获取实际风电场机组稳态运行时产生的有功功率、无功功率、机端电压、输出电流、风速的数据；步骤2：通过对步骤1采集的数据进行处理，选择一台能够表征整个风电场实际工况的机组，即选择一台中心机组；步骤3：保留步骤2所述表征整个风电场实际工况的单台机组，通过并联受控电流源的方法对风电场进行等值建模；步骤4：通过设置短路故障模式验证单机等值建模的有效性。2.根据权利要求1所述的一种风电场单机等值建模验证方法，其特征在于：步骤1中，获取实际风电场机组稳态运行时产生的数据，方法如下：选择实际风电场运行时的有功功率、无功功率、机端电压、输出电流、风速这五种运行状态变量的运行数据构成状态变量矩阵X，表示如下：X＝[x1,x2,...,xi,...,xn]n×b其中，n为机组数量，b为指标个数，i表示第i台机组，i取值范围为[1,n]，xi表示第i台机组的指标向量，表达式如下：xi＝[Pi,Qi,Ui,Ii,Vi]其中，Pi表示第i台机组的有功功率，Qi表示第i台机组的无功功率，Ui表示第i台机组的机端电压有效值，Ii表示第i台机组端变压器高压侧A相电流有效值，Vi表示第i台机组的平均风速。3.根据权利要求2所述的一种风电场单机等值建模验证方法，其特征在于：步骤2中，选择一台能够表征整个风电场实际工况的机组，方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宏忠，应强，刘宝稳，赵凯，张瑶，许国胜，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32