一种风电场次同步频率等值建模方法技术

本发明专利技术属于电力系统安全稳定领域，尤其涉及一种风电场次同步频率等值建模方法。其特征在于，所述方法包括建立单台风力发电机的等效电路，求单台风力发电机的等效阻抗，根据风电场网络拓扑结构建立风电场集群电网络；求风电场集群电网络的次同步频率特性曲线；对风电场中的风力发电机进行k‑means聚类算法分群，然后进行风电场一次网络的次同步频率等值；进行风电场次同步频率等值模型修正。本发明专利技术能够用于次同步振荡分析的风电场等值建模，用一台或多台风力发电机表征整个风电场，并与风电场具有相近的次同步频率特性，是分析风电场次同步振荡机理和进一步采取有效抑制措施的基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统安全稳定领域，尤其涉及一种风电场次同步频率等值建模方法。
技术介绍
我国风能资源主要蕴藏在西部，而大量电力负荷位于东部地区，这使得“西电东送”战略成为我国电力发展的方针政策。由于串联电容补偿技术可以显著提高交流输电的功率传输能力，使得其在世界范围内被广泛应用。在我国内蒙、新疆、甘肃等风电基地的大型风电场由于本地负荷较低，这种风电场经串补交流输电将成为我国电网普遍的一种输电模式。在一定条件下由于风电机组与串联补偿相互作用，可以引起风电场次同步振荡问题，严重威胁电力系统的安全稳定运行。风电场是将风能转换为电能的风电机组集群，串补交流输电在一定条件下会引起次同步振荡，严重威胁风电场的安全。国内外多次发生次同步振荡导致风电场设备损坏事故，造成了严重的经济损失。进行风电场等值建模，仿真分析次同步振荡现象是分析风电场次同步振荡机理和进一步采取有效抑制措施的基础，具有重大的经济和社会效益。目前常用的风电场等值建模方法是用于电力系统暂态稳定分析或低频振荡分析的，不适用于次同步振荡分析。到目前为止，还没有一套用于次同步振荡分析的风电场等值建模方法。研究中往往用一台风机模拟整个风电场，对于该风机是否能够表征整个风电场的次同步频率特性尚没有研究报道。鉴于此，本专利技术专利提出一种大型风电场次同步频率等值建模方法，从而为风电场次同步振荡仿真分析奠定基础。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术采取的技术方案为如下：一种风电场次同步频率等值建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、建立单台风力发电机的等效电路，求单台风力发电机的等效阻抗，根据风电场网络拓扑结构建立风电场集群电网络；若是干线式分布的风电场集群电网络则将各个风力发电机的等效阻抗呈干线式依次接入系统中；若是放射式分布的风电场集群电网络则将各个风力发电机的等效阻抗呈放射式依次并联接入系统中；步骤2、求风电场集群电网络的次同步频率特性曲线；步骤3、对风电场中的风力发电机进行k-means聚类算法分群，然后进行风电场一次网络的次同步频率等值；步骤4、进行风电场次同步频率等值模型修正。所述步骤1建立单台风力发电机的等效电路，求单台风力发电机的等效阻抗的具体过程为当风力发电机经串补线路接入系统时，发电机定子中流过频率为fer的次同步电流时，其在气隙中产生角频率为2πfer的旋转磁动势，从定子端看入风力发电机，其中ωr为风力发电机的转子频率，自然谐振频率串补度k与串补线路参数的关系为 1 ω r C = kω r ( L + L s + L r + L T ) ]]>自然谐振频率ωer也能由下式求得 ω e r = k ω r ]]>单台风力发电机的等效阻抗其中，转差率Xr为风力发电机转子电抗，Xm为互感抗，Xs为风力发电机定子电抗，XT为变压器电抗，Req为单台风力发电机的等效电阻，xeq为单台风力发电机的等效电抗；Rr为风力发电机的转子电阻，Lr为风力发电机的转子漏感，Rs为风力发电机的定子电阻，Ls为风力发电机的定子漏感，L为串补线路的电感、C为串补线路的电容、R为串补线路的电阻，LT为变压器等效电感，j是虚单位。所述步骤2中求风电场集群电网络的次同步频率特性曲线的具体过程为采用串联频率扫描法，将研究的系统用正序网来模拟，网络中非待研究发电机用次暂态电抗等效，而待研究发电机采用其异步发电机模型等效，在各单台风力发电机的等效电路中的发电机转子侧放置一个单位电流源，然后改变该单位电流源频率，测量该单位电流源两端电压，该电压值即为从待研究发电机转子向系统侧看过去的等效阻抗，根据等效阻抗Zeq表达式的实虚部绘制等效电阻、等效电抗随频率变化的曲线；干线式分布的风电场集群电网络中等效阻抗表达式为 Z e q = Z e q _ k = ( R r s + X r ) / / X m + R s + X s + X T + R + jω r L + 1 jω r C = R e q + jX e q ]]>放射式分布的风电场集群电网络中等效阻抗表达式为Zeq＝Zeq_k+(Xd1//Xd2//…//Xdk-1//Xdk+1//…//Xdn//Xs)＝Req+jXeq其中X\di为第i台风力发电机的次暂态电抗，Xs\为无穷大系统的电抗，Zeq_k为待研究的单台风力发电机的等效阻抗，n为风电场内风力发电机的台数。所述步骤3中对风电场中的风力发电机进行k-means聚类算法分群的具体过程为将风力发电机次同步频率特性变化情况作为分群判断标准，将分群指标dij相同的风力发电机分为一群；当风电场中存在n台风力发电机，可得n*(n-1)/2个距离； d i j = q · ( d 1 i j Σd 1 i j 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电场次同步频率等值建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、建立单台风力发电机的等效电路，求单台风力发电机的等效阻抗，根据风电场网络拓扑结构建立风电场集群电网络；若是干线式分布的风电场集群电网络则将各个风力发电机的等效阻抗呈干线式依次接入系统中；若是放射式分布的风电场集群电网络则将各个风力发电机的等效阻抗呈放射式依次并联接入系统中；步骤2、求风电场集群电网络的次同步频率特性曲线；步骤3、对风电场中的风力发电机进行k‑means聚类算法分群，然后进行风电场一次网络的次同步频率等值；步骤4、进行风电场次同步频率等值模型修正。

【技术特征摘要】
1.一种风电场次同步频率等值建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、建立单台风力发电机的等效电路，求单台风力发电机的等效阻抗，根据风电场网络拓扑结构建立风电场集群电网络；若是干线式分布的风电场集群电网络则将各个风力发电机的等效阻抗呈干线式依次接入系统中；若是放射式分布的风电场集群电网络则将各个风力发电机的等效阻抗呈放射式依次并联接入系统中；步骤2、求风电场集群电网络的次同步频率特性曲线；步骤3、对风电场中的风力发电机进行k-means聚类算法分群，然后进行风电场一次网络的次同步频率等值；步骤4、进行风电场次同步频率等值模型修正。2.根据权利要求1所述的风电场次同步频率等值建模方法，其特征在于，所述步骤1建立单台风力发电机的等效电路，求单台风力发电机的等效阻抗的具体过程为当风力发电机经串补线路接入系统时，发电机定子中流过频率为fer的次同步电流时，其在气隙中产生角频率为2πfer的旋转磁动势，从定子端看入风力发电机，其中ωr为风力发电机的转子频率，自然谐振频率串补度k与串补线路参数的关系为 1 ω r C = kω r ( L + L s + L r + L T ) ]]>自然谐振频率ωer也能由下式求得 ω e r = k ω r ]]>单台风力发电机的等效阻抗其中，转差率Xr为风力发电机转子电抗，Xm为互感抗，Xs为风力发电机定子电抗，XT为变压器电抗，Req为单台风力发电机的等效电阻，Xeq为单台风力发电机的等效电抗；Rr为风力发电机的转子电阻，Lr为风力发电机的转子漏感，Rs为风力发电机的定子电阻，Ls为风力发电机的定子漏感，L为串补线路的电感、C为串补线路的电容、R为串补线路的电阻，LT为变压器等效电感，j是虚单位。3.根据权利要求2所述的风电场次同步频率等值建模方法，其特征在于，所述步骤2中求风电场集群电网络的次同步频率特性曲线的具体过程为采用串联频率扫描法，将研究的系统用正序网来模拟，网络中非待研究发电机用次暂态电抗等效，而待研究发电机采用其异步发电机模型等效，在各单台风力发电机的等效电路中的发电机转子侧放置一个单位电流源，然后改变该单位电流源频率，测量该单位电流源两端电压，该电压值即为从待研究发电机转子向系统侧看过去的等效阻抗，根据等效阻抗Zeq表达式的实虚部绘制等效电阻、等效电抗随频率变化的曲线；干线式分布的风电场集群电网络中等效阻抗表达式为 Z e q = Z e q _ k = ( R r s + X r ) / / X m + R s + X s + X T + R + jω r L + 1 jω r C = R e q + jX e q ]]>放射式分布的风电场集群电网络中等效阻抗表达式为Zeq＝Zeq_k+(X″d1//X″d2//…//X″dk-1//X″dk+1//…//X″dn//X″s)＝Req+jXeq其中X\di为第i台风力发电机的次暂态电抗，X″s为无穷大系统的电抗，Zeq_k为待研究的单台风力发电机的等效阻抗，n为风电场内风力发电机的台数。4.根据权利要求3所述的风电场次同步频率等值建模方法，其特征在于，所述步骤3中对风电场中的风力发电机进行k-means聚类算法分群的具体过程为将风力发电机次同步频率特性变化情况作为分群判断标准，将分群指标dij相同的风力发电机分为一群；当风电场中存在n台风力发电机，可得n×(n-1)/2个距离； d i j = q · ( d 1 i j Σd 1 i j ) + ( 1 - q ) · ( d 2 i j Σd 2 i j ) ]]>dij为分群指标，表征风力发电机的次同步频率特性；其中，切比雪夫距离d1ij＝max|Xi(ω)-Xj(ω)|，观测的是单台风力发电机的次频率特性；欧氏距离观测的是各台风力发电机间的相似程度；Xi(ω)为第i台风力发电机在串补度k且发电机转速为ω时的次同步频率电抗值；Xj(ω)为第j台风力发电机在串补度k且发电机转速为ω时的次同步频率电抗值；q是切比雪夫距离d1ij的权重值，取50％。5.根据权利要求4所述的风电场次同步频率等值建模方法，其特征在于，所述步骤3中进行风电场一次网络的次同步频率等值的具体过程为步骤301、风电场参数等值；发电机参数包括： x s _ e q = x s m ; x r _ e q ...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐衍会，宫晓珊，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11