计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模方法技术

本发明专利技术公开了计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模方法。该方法包括：基于永磁风力发电机组的输出特性轨迹的形态相似距离和余弦相似性构建聚类指标；采用K‑Means算法对所述聚类指标进行聚类；基于轨迹灵敏度，对聚类结果中每一类风力发电机的变流器控制参数进行选择；采用AEPSO算法对选择好的控制参数的等值进行寻优，得到最优等值风力发电机变流器控制参数；对各风力发电机的风速、电气参数以及集电网络进行等值；基于各风力发电机的所述最优等值风力发电机变流器控制参数、等值发电机风速、等值发电机电气参数以及等值集电网络，构建永磁风电场表征模型。本发明专利技术能够在保证精度的前提下，降低模型复杂度，提高风电场的计算效率。

【技术实现步骤摘要】
计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模方法
本专利技术涉及风电场领域，特别是涉及计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模方法。
技术介绍
永磁风力发电机(PMSG)和双馈风力发电机(DFIG)是我国常用的两种风力发电机，由于效率高、可控性好，在不同领域得到了成功的应用。随着风电场的规模日益扩大，风电场的模型复杂程度逐渐提高，如果在仿真过程中对每台风力发电机都建立详细模型，不仅会耗费大量时间，而且可能成“维数灾”。与此同时，在对含风电电力系统进行研究时，常常需要重点关注风电场的整体动态特性。因此，非常有必要对风电场进行动态等值建模以降低模型阶数，提高仿真效率。目前，风电场等值最常见的方法是多机等值，即对风电场进行机群划分，再对每一个机群进行单机等值。在机群划分的过程中，可以选取风电机组的容量、型号、风速、风电机组的状态变量、风电机组运行控制区域、尾流效应、桨距角动作情况等作为指标。现有的关于风电场等值的成果虽然分别从不同角度对风机进行了分群，却都基于某一时刻的数据，并未将风机一段时间内的输出特性作为分群的标准。群内机组的等值方法，主要包括容量加权法、输出特性等值法、参数优化等值法等。但在进行风电场的等值过程中现有成果忽略了受机组老化和环境因素影响导致的风电机组参数偏差问题，由此导致等值模型与真实模型的动态特性存在一定差异。现阶段风电场的等值方法可以有效地解决发电机电气参数以及集电网络参数的差异问题，但针对变流器控制系统参数差异的问题却鲜有提及，因此在仿真过程中有必要对风电机组变流器设置差异化的控制参数，以提高风电场等值模型的精度。鉴于此，给出了计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供给了计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模方法，能够在保证精度的前提下，降低模型复杂度，提高风电场的计算效率。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模方法，所述方法包括：基于永磁风力发电机组的输出特性轨迹的形态相似距离和余弦相似性构建聚类指标；采用K-Means算法对所述聚类指标进行聚类；基于轨迹灵敏度，对聚类结果中每一类风力发电机的变流器控制参数进行选择；采用AEPSO算法对选择好的控制参数的等值进行寻优，得到最优等值风力发电机变流器控制参数；对各风力发电机的风速、电气参数以及集电网络进行等值；基于各风力发电机的所述最优等值风力发电机变流器控制参数、等值发电机风速、等值发电机电气参数以及等值集电网络，构建永磁风电场表征模型。可选的，所述基于永磁风力发电机组的输出特性轨迹的形态相似距离和余弦相似性构建聚类指标，具体包括：基于风力发电机的功率输出特性计算形态相似距离；基于风力发电机的功率输出特性计算余弦相似性；基于所述形态相似距离以及所述余弦相似性，计算风力发电机的功率输出特性相似度评价值；基于各所述风力发电机的功率输出特性相似度评价值，构建聚类指标。可选的，所述形态相似距离的计算公式如下：其中，xi表示第i台发电功率输出特性，xj表示第j台发电功率输出特性，dMSD(xi,xj)表示风力发电机功率输出特性间的形态相似距离，S2(xi,xj)表示欧几里德距离，S1(xi,xj)表示曼哈顿距离，ASD(xi,xj)表示数据xi与xj之间的各维差值之和的绝对值，其中，k∈n,表示第k个维度，xik表示xi的第k个维度值，xjk表示xj的第k个维度值。可选的，所述余弦相似性的计算公式如下：其中，Ccos(xi,xj)表示风力发电机功率输出特性间的余弦相似性，xi表示第i台发电功率输出特性，xj表示第j台发电功率输出特性。可选的，所述风力发电机的功率输出特性相似度评价值的计算公式如下：vij＝Ccos(xi,xj)*dMSD(xi,xj)其中，vij表示任意两台风力发电机功率输出特性间的相似度评价值。可选的，所述基于轨迹灵敏度，对聚类结果中每一类风力发电机的变流器控制参数进行选择，具体包括：获取风力发电机的变流器控制参数；基于所述变流器控制参数，通过仿真模拟得到风力发电机的有功功率观测值；根据所述有功功率观测值计算轨迹灵敏度；根据所述轨迹灵敏度选择所述变流器控制参数。可选的，所述基于所述变流器控制参数，通过仿真模拟得到风力发电机的有功功率观测值，具体包括：将一变流器控制参数Kj的值增加ΔKj，ΔKj取10％Kj，使得参数变为Kj′，通过仿真模拟得到此时风力发电机的有功功率观测值Y(K)；将Kj的值减少ΔKj，ΔKj取10％Kj，使得参数变为Kj″，通过仿真模拟得到此时风力发电机的有功功率观测值Y′(K)。可选的，所述轨迹灵敏度的计算公式如下：其中，Sj表示Kj的轨迹灵敏度，其中，Y0为Kj取原始值Kj0时，有功功率的观测值Y相对应的稳态值。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术基于风力发电机组输出特性轨迹间的形态相似距离和余弦相似性，建立一种新的聚类指标，采用K-Means算法对PMSG进行聚类，基于轨迹灵敏度对变流器控制系统进行关键参数选择，以减少待辨识的控制参数；建立多目标自适应函数，并采用AEPSO算法对多个控制器的聚合参数进行优化，以得到一个由多台风力发电机等值的风电场模型，本专利技术可以在保证精度的前提下，降低风电场模型复杂度，提高对含风电场系统进行仿真的计算效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模的流程图；图2为本专利技术实施例集电网络变换示意图；图3为本专利技术实施例测试系统的结构示意图；图4为本专利技术实施例风电场等值前后系统特征根示意图；图5为本专利技术实施例在风速扰动下等值前后风电场并网点有功和无功功率的动态响应图；图6为本专利技术实施例在负载变化扰动下等值前后风电场并网点有功和无功功率的动态响应图；图7为本专利技术实施例在同步机功角变化扰动下等值前后风电场并网点有功和无功功率的动态响应图；图8为本专利技术实施例在线路参数变化扰动下等值前后风电场并网点有功和无功功率的动态响应图；图9为本专利技术实施例在三相短路下等值前后风电场并网点有功和无功功率的动态响应图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模方法，其特征在于，所述方法包括：/n基于永磁风力发电机组的输出特性轨迹的形态相似距离和余弦相似性构建聚类指标；/n采用K-Means算法对所述聚类指标进行聚类；/n基于轨迹灵敏度，对聚类结果中每一类风力发电机的变流器控制参数进行选择；/n采用AEPSO算法对选择好的控制参数的等值进行寻优，得到最优等值风力发电机变流器控制参数；/n对各风力发电机的风速、电气参数以及集电网络进行等值；/n基于各风力发电机的所述最优等值风力发电机变流器控制参数、等值发电机风速、等值发电机电气参数以及等值集电网络，构建永磁风电场表征模型。/n

【技术特征摘要】
1.计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模方法，其特征在于，所述方法包括：
基于永磁风力发电机组的输出特性轨迹的形态相似距离和余弦相似性构建聚类指标；
采用K-Means算法对所述聚类指标进行聚类；
基于轨迹灵敏度，对聚类结果中每一类风力发电机的变流器控制参数进行选择；
采用AEPSO算法对选择好的控制参数的等值进行寻优，得到最优等值风力发电机变流器控制参数；
对各风力发电机的风速、电气参数以及集电网络进行等值；
基于各风力发电机的所述最优等值风力发电机变流器控制参数、等值发电机风速、等值发电机电气参数以及等值集电网络，构建永磁风电场表征模型。


2.根据权利要求1所述的计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模方法，其特征在于，所述基于永磁风力发电机组的输出特性轨迹的形态相似距离和余弦相似性构建聚类指标，具体包括：
基于风力发电机的功率输出特性计算形态相似距离；
基于风力发电机的功率输出特性计算余弦相似性；
基于所述形态相似距离以及所述余弦相似性，计算风力发电机的功率输出特性相似度评价值；
基于各所述风力发电机的功率输出特性相似度评价值，构建聚类指标。


3.根据权利要求2所述的计及变流器控制参数差异的永磁风电场动态等值建模方法，其特征在于，所述形态相似距离的计算公式如下：



其中，xi表示第i台发电功率输出特性，xj表示第j台发电功率输出特性，dMSD(xi,xj)表示风力发电机功率输出特性间的形态相似距离，S2(xi,xj)表示欧几里德距离，S1(xi,xj)表示曼哈顿距离，ASD(xi,xj)表示数据xi与xj之间的各维差值之和的绝对值，其中，k∈n,表示第k个维度，xik表示xi的第k个维度值，xjk表示xj的第k个维度值。


4.根据权利要求3所述的计及变流器控制参数差异的永磁风...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，高明阳，王增平，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11