故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法技术

本发明专利技术提供一种故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法，所述模型建立方法包括：(1)将风电场内同一集电线路上具有相似故障电磁暂态信息的风电机组划做同群(2)将同群风电机组等值分解为静态频率相关网络等值模型部分和动态低频等值模型部分(3)建立永磁直驱风电场电磁暂态等值模型。本发明专利技术所提永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法具有实现简单方便、仿真计算时间短且故障暂态过程模拟准确等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新能源电源建模
，尤其涉及一种故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法。
技术介绍
风电在我国区域电网中所占比例的持续增加，使得所接电网故障特性将发生根本性改变，现有继电保护技术不再适用。尽管目前相关问题已引起了电力企业及相关科研院所的广泛关注，但是由于风电场故障特性依赖于电力电子变换器控制策略且这些控制策略未知，导致风电场故障分析等值计算模型未知，所接电网现有保护适应性分析及保护新原理研究缺乏理论支撑。在实际电网保护配置中，通常忽略风电场的影响，即将风电场视为负荷处理。事实上，相比于同步发电机，风电场故障暂态过程非常复杂，不仅包含场内不同位置处几十台甚至上百台单元风力发电机的电磁过渡过程，还包含大量电力电子变换器所用不同控制与保护回路之间的相互切换过程。这造成常规电压源串联阻抗的同步发电机故障分析模型并不适用于风电场，在电网保护研究中风电场究竟该如何等值处理是目前目前电力系统领域面临的核心瓶颈问题。然而，对于当前主流的永磁直驱风电机组来说，为不失真地模拟其并网用电力电子器件变换器的故障响应过程，需微秒级的数值仿真步长。因此，对于整个风电场而言，若通过逐一地建立场内几十台甚至上百台单元机组的详细故障暂态仿真模型，利用现有的仿真软件模拟其故障暂态过程(持续时间短，关注秒级故障电气量)，所需数据运算量相当巨大，极易出现计算资源不足等问题。因此，决定风电场故障暂态过程仿真结果真实准确与否的关键要素是：风电场内单元机组究竟该如何分群并等值。
技术实现思路
本专利技术提出一种故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法，以等值前后故障电流波形一致为基本约束条件，实现对风电场内机组进行分群，在此基础上将同群风电机组等值分解为静态频率相关的网络等值模型部分和动态低频等值模型部分，进一步建立以集电线路上风电机组群为基本单元的风电场的多机等值方案。实现上述目的所采用的解决方案为：一种故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法，所述模型建立方法包括：(1)将风电场内同一集电线路上具有相似故障电磁暂态信息的风电机组划做同群；(2)将同群风电机组等值分解为静态频率相关网络等值模型部分和动态低频等值模型部分；(3)建立永磁直驱风电场电磁暂态等值模型。优选的，所述静态频率相关网络等值模型部分包括集电线路及其上所有风电机组群的主电路部分；所述动态低频等值模型部分包括网侧变换器主电路部分及相关测量单元、功率控制单元、电流控制单元和锁相环节。该部分模型及相关参数通常可由风电机组厂商提供。进一步的，所述静态频率相关网络等值模型部分建立方法包括：1)将待等值的某一条集电线路从电网中断开，同时闭锁集电线路上所有风电机组的网侧变换器；2)向集电系统中注入由一系列单位幅值、频率取值范围均在0～50kHz的正弦信号组成的电流源；3)监测集电线路上电流源出口处电压，同时利用傅立叶算法分析并提取该电压量中所有与电流源同频率的分量；4)拟合所提取的电压分量和相应电流源频率分量的比值。进一步的，所述网侧变换器主电路部分近似等值为受控电流源；所述测量单元用于测量永磁直驱风电机组并网点三相瞬时电压、瞬时电流和实际有功及无功功率，为风电机组功率、电流控制及锁相环电网电压定向提供实际被控量；所述功率控制单元根据风电场主控制器和电网故障穿越要求提供的功率参考命令值和测量的实际功率，给出电流控制单元相应参考值；所述电流控制单元中有功和无功分量参考值决定的流过网侧变换器的电流不应超过网侧变换器的最大允许电流；所述锁相环节用于计算并网点正序电压的幅值和相角。优选的，所述永磁直驱风电场电磁暂态等值模型以集电线路为基本单元进行建立。优选的，所述划做同群的约束条件为等值前后故障电流波形一致。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提出模型等值方法主要用于永磁直驱风电场故障暂态过程仿真模拟，以具有相似故障电磁暂态信息为原则，提出以风电场内同一集电线路上风电机组作为同群的分群原则，并对各机群进行模型降阶，从而给出降阶模型结构及相应参数计算方法，以此为基础，最终建立了永磁直驱风电场的多机等值模型。专利技术所提永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法具有实现简单方便、仿真计算时间短且故障暂态过程模拟准确等优点。附图说明附图1：本专利技术的永磁直驱风电场汇集系统拓扑结构图；附图2：本专利技术的汇集线路上各台风机与及其上总短路电流变化曲线；附图3：本专利技术的汇集线故障下风机故障电流；附图4：本专利技术的汇集线故障电流频谱；附图5：本专利技术的集电线路风电机组群动态低频等值模型结构；附图6：本专利技术的含永磁直驱风电场的典型电网拓扑结构图；附图7：本专利技术的含电网故障下永磁直驱风电场电磁暂态响应特性曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的详细说明。本专利技术针对永磁直驱风电场，提出风电场电磁暂态模型等值方法，主要包括场内风电机组分群、风电机组群参数计算和多机等值模型建立三部分。结合我国现有风电场的广泛采用接线方式，即地理位置和风能资源分布相近的几台或者十几台的风电机组各自采用单机-单变方式汇集到某一条汇集线路上，多条汇集线路连接到某一条母线上，通过主变、送出线路并入系统，汇集线路可作为风电场内机组群划分的一个重要依据。为了揭示汇集线路所接永磁直驱风电机组群的故障电流特性，这里针对如图1所示的风电场典型拓扑结构，基于RTDS(RealTimeDigitalSimulator)实时仿真器建立了详细的汇集系统电磁暂态模型，相关参数源于实际电网数据，同时参照了电力网规划设计标准。汇集系统包含12台具有故障穿越能力的永磁直驱风电机组(同类型机组主要性能及参数一致)。由于风速大小和机端电压跌落程度是影响单台永磁直驱风电机组故障电流特性的主要因素。因此，针对汇集线路上风电机组群，各台机组所处相对地理位置和其感受的风速大小成为了影响单元机组之间对称故障电流差异的两个主要因素。其中，汇集线路距离通常较短，其上所接风电机组在空间上的分布范围相对很小，这也就意味着汇集线路不同位置处风电机组所感受到的风速差异不大。因此，以下将分析不同地理位置处单台风电机组及所接汇集线路上风电机组群故障电流的变化特性，包括瞬时故障电流的变化规律和其所含谐波量特性。●瞬时电流变化规律为了揭示极端故障场景下汇集线路上不同位置处风电机组短路电流特性的差异性，这里假定如图1所示风电场汇集线路上单元机组等间隔分布，相邻风电机组间线路长度为5km，离主变最近的1号风电机组与中压母线之间的线路长度为10km，汇集线路全长为70km(极端情况考虑)。设定在汇集线路首端处发生三相对称短路故障(持续时间为0.5s)，且故障前后所有风电机组均额定运行(风速为12m/s)。事实上，故障后汇集线路上不同位置处风电机组机端电压跌落百分比差值均较小，不超过1％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法，其特征在于，所述模型建立方法包括：(1)将风电场内同一集电线路上具有相似故障电磁暂态信息的风电机组划做同群；(2)将同群风电机组等值分解为静态频率相关网络等值模型部分和动态低频等值模型部分；(3)建立永磁直驱风电场电磁暂态等值模型。

【技术特征摘要】
1.一种故障分析用永磁直驱风电场电磁暂态等值模型建立方法，其特征在
于，所述模型建立方法包括：
(1)将风电场内同一集电线路上具有相似故障电磁暂态信息的风电机组划
做同群；
(2)将同群风电机组等值分解为静态频率相关网络等值模型部分和动态低
频等值模型部分；
(3)建立永磁直驱风电场电磁暂态等值模型。
2.根据权利要求1所述的等值模型建立方法，其特征在于，所述静态频率
相关网络等值模型部分包括集电线路及其上所有风电机组群的主电路部分；
所述动态低频等值模型部分包括网侧变换器主电路部分及相关测量单元、功
率控制单元、电流控制单元和锁相环节。
3.根据权利要求2所述的等值模型建立方法，其特征在于，所述静态频率
相关网络等值模型部分建立方法包括：
1)将待等值的某一条集电线路与电网断开，同时闭锁集电线路上所有风电
机组的网侧变换器；
2)向集电系统中注入由一系列单位幅值、频率取值范围均在0～50kHz的正
弦信号组成的电流源；
3)监测集电线路上电流源出口处电压，同时利用傅立...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国生，毕天姝，王晓阳，刘素梅，周泽昕，刘亚东，王志洁，薛志英，秦泽宁，王文焕，孙利强，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，华北电力大学，国网河北省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11