一种风电场中长期控制建模方法以及等效模型技术

本发明专利技术公开了一种风电场中长期控制建模方法以及等效模型，属于风电场技术领域。本发明专利技术的一种风电场中长期控制建模方法，包括以下步骤：第一步，对风电场的电压进行控制；第二步，根据风电场所需发出的无功值，对风电场出力进行控制，同时对风电场有功跟随系统频率进行调节；第三步，根据新的有功功率调节量，可对风电场网侧变流器运行进行控制，进而实现风电场中长期建模。本发明专利技术根据电网频率偏差信号Δf以及计算得到的下垂系数Rf给出额外有功功率增量，与初始风机最大功率输出有功功率参考值相叠加得到新的有功功率调节量；进而实现风电场中长期建模，方案科学、合理、准确，能够满足地区调控中心对风电场中长期调度的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场中长期控制建模方法以及等效模型
本专利技术涉及一种风电场中长期控制建模方法以及等效模型，属于风电场

技术介绍
现阶段风电场的电磁暂态和机电暂态模型研究较为成熟，在PSASP、BPA和PSCAD中已有较多实用模型，但对风电场的中长期模型研究不足。风电场的中长期模型是各地区调度控制中心对风电场调度的基础，在未来新能源装机占比增高的情况下，电网对风电场的运行要求将会提高，因此风电场的中长期模型对于风电场的运行调度至关重要。现有的风电场中长期模型仿真方案不够合理，存在很大的不科学性和随意性，缺少一种科学、合理、准确的技术方案；无法满足地区调控中心对风电场中长期调度的要求。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种考虑风电场的有功功率、无功值和下垂控制特性，根据电网频率偏差信号Δf以及计算得到的下垂系数Rf给出额外有功功率增量，与初始风机最大功率输出有功功率参考值相叠加得到新的有功功率调节量；进而实现风电场中长期建模，方案科学、合理、准确，能够满足地区调控中心对风电场中长期调度的要求的风电场中长期控制建模方法以及等效模型。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种风电场中长期控制建模方法，包括以下步骤：第一步，对风电场的电压进行控制；在调度中心给定风电场母线电压指令的情况下，通过测量元件获取风电场当前母线电压、线路阻抗和风电场当前功率输出，计算得到使风电场母线电压达到指令值的风电场所需发出的无功值，从而实现对电压指令的跟踪；第二步，根据风电场所需发出的无功值，对风电场出力进行控制，同时对风电场有功跟随系统频率进行调节；由于风电场一般以最大有功功率的方式进行运行，因此主要对风电场有功输出做减少方向的控制；首先通过电网检测单元对电网频率偏差信号Δf和有功偏差信号进行检测，然后计算出下垂系数Rf；根据电网频率偏差信号Δf以及计算得到的下垂系数Rf给出额外有功功率增量，与初始风机最大功率输出有功功率参考值相叠加得到新的有功功率调节量；第三步，由于永磁直驱风电机组的机侧响应因惯性时间常数较大在暂态时间尺度内小到可以忽略不计，因此在实际工程建模时可以只考虑网侧变流器的控制逻辑与动态响应，于是可以通过把“背靠背”变流器的控制逻辑等效成一个受控电流源，从而实现风电场控制的功率指令到电流指令的转换。因此根据新的有功功率调节量，可对风电场网侧变流器运行进行控制；完成从风电场控制的功率指令到电流指令的转换，进而实现风电场中长期建模。本专利技术经过不断探索以及试验，充分考虑风电场的有功功率、无功值和下垂控制特性，根据电网频率偏差信号Δf以及计算得到的下垂系数Rf给出额外有功功率增量，与初始风机最大功率输出有功功率参考值相叠加得到新的有功功率调节量；进而实现风电场中长期建模，方案科学、合理、准确，能够满足地区调控中心对风电场中长期调度的要求。作为优选技术措施：所述第一步中，风电场所需发出的无功值，计算公式如下：其中，Uwind为风电场母线电压；Us为系统母线电压；P为风电场向电网输出的有功功率；X为并网线路电抗。作为优选技术措施：所述第二步中，下垂系数Rf的计算公式如下：其中，Δfband为系统频率的最大允许变化量，fN为系统频率的额定值；ΔPmargin为风电场实时可用有功功率的容量，PN为风电场有功功率的额定值。作为优选技术措施：所述第二步中，新的有功功率调节量ΔPg的计算公式如下：ACE＝(Pg-Pgref)+10B(fg-fgref)(3)其中，Kp和KI分别是PI控制器的比例积分增益；ACE为区域控制偏差；t为时间，单位秒；Pg为风电场与电网的实际交换功率；Pgref为计划交换功率；fg和fgref分别是电网的实际频率和计划频率；B为电网频偏系数。作为优选技术措施：所述第三步，对风电场网侧变流器运行进行控制的具体步骤如下：步骤一，搭建功率转换子模块；将风电场网侧变流器按照控制逻辑等效成为一个受控电流源，基于d轴电压控制下风电场网侧变流器输出的有功功率和无功功率由电流dq分量来控制；通过设置PI控制器跟踪有功参考值Pgref和无功参考值Qgref来构成功率外环；有功无功解耦控制和限流模式选择的网侧逆变器运行控制模块输出为Ipcmd和Iqcmd；步骤二，搭建电流初始化子模块；从系统中读取的或者根据控制器模块给定的有功功率和无功功率，母线端电压初值VT0，电压相角Angel；计算获得初始电流实部ITR0和虚部ITI0；将得到的电流实部虚部初值从xy坐标转换到以电压为d轴的dq坐标系下；步骤三，搭建电流与功率计算输出子模块；将输出得到的Ipcmd和Iqcmd的值与计算得到的ITR0和ITI0的dq坐标系的值相加得到Id和Iq；经过从dq坐标系到xy坐标系的坐标转换后输出电流的实部和虚部。作为优选技术措施：一种风电场中长期等效模型，应用上述的一种风电场中长期控制建模方法，其包括风电场AVC功能模块、风电场AGC和下垂控制模块、风电场网侧变流器运行控制模块；风电场AVC功能模块，用于实现风电场的电压控制，能够自动接收调度主站系统下发的电压控制指令，控制电场电压在调度要求的指标范围内，满足控制及考核指标要求；风电场AGC和下垂控制模块，用于实现风电场出力的控制以及实现风电场有功跟随系统频率的调节，能够自动接收调度主站系统下发的有功控制指令或调度计划曲线，根据计算的可调裕度，优化分配调节风机的有功功率，使整个风电场的有功出力，不超过调度指令值；风电场网侧变流器运行控制模块，用于实现风电场控制的功率指令到电流指令的转换，是风电场AVC功能模块、风电场AGC以及下垂控制模块与电网进行交互的中间转换环节。本专利技术的模型：一、是具备AVC功能，能够准确模拟风电场的AVC功能，通过对风电场内的无功设备进行调节实现对并网点电压的控制；二、是具备AGC功能，能够准确模拟风电场的AGC，通过对风电场内风机出力的调节实现对风电场出力的控制；三、是具备下垂控制功能，能够体现风电场的下垂特性，通过对电网频率的跟踪，调节风电场出力，支撑系统的频率稳定性。本专利技术构建的风电场中长期等效模型为动态模型，能够对风电场的中长期运行状态进行准确模拟，方案科学、合理、准确，能够满足地区调控中心对风电场中长期调度的要求。作为优选技术措施：所述风电场网侧变流器运行控制模块包括功率转换子模块、电流初始化子模块、电流与功率计算输出子模块。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术经过不断探索以及试验，充分考虑风电场的有功功率、无功值和下垂控制特性，根据电网频率偏差信号Δf以及计算得到的下垂系数Rf给出额外有功功率增量，与初始风机最大功率输出有功功率参考值相叠加得到新的有功功率调节量；进而实现风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电场中长期控制建模方法，其特征在于，包括以下步骤：/n第一步，对风电场的电压进行控制；/n在调度中心给定风电场母线电压指令的情况下，通过测量元件获取风电场当前母线电压、线路阻抗和风电场当前功率输出，计算得到使风电场母线电压达到指令值的风电场所需发出的无功值，从而实现对电压指令的跟踪；/n第二步，根据风电场所需发出的无功值，对风电场出力进行控制，同时对风电场有功跟随系统频率进行调节；/n主要对风电场有功输出做减少方向的控制；/n首先通过电网检测单元对电网频率偏差信号Δf和有功偏差信号进行检测，然后计算出下垂系数R

【技术特征摘要】
1.一种风电场中长期控制建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，对风电场的电压进行控制；
在调度中心给定风电场母线电压指令的情况下，通过测量元件获取风电场当前母线电压、线路阻抗和风电场当前功率输出，计算得到使风电场母线电压达到指令值的风电场所需发出的无功值，从而实现对电压指令的跟踪；
第二步，根据风电场所需发出的无功值，对风电场出力进行控制，同时对风电场有功跟随系统频率进行调节；
主要对风电场有功输出做减少方向的控制；
首先通过电网检测单元对电网频率偏差信号Δf和有功偏差信号进行检测，然后计算出下垂系数Rf；
根据电网频率偏差信号Δf以及计算得到的下垂系数Rf给出额外有功功率增量，与初始风机最大功率输出有功功率参考值相叠加得到新的有功功率调节量；
第三步，根据新的有功功率调节量，对风电场网侧变流器运行进行控制；完成从风电场控制的功率指令到电流指令的转换，进而实现风电场中长期控制的建模。


2.如权利要求1所述的一种风电场中长期控制建模方法，其特征在于，
所述第一步中，风电场所需发出的无功值Q，计算公式如下：



其中，Uwind为风电场母线电压；Us为系统母线电压；P为风电场向电网输出的有功功率；X为并网线路电抗。


3.如权利要求1所述的一种风电场中长期控制建模方法，其特征在于，
所述第二步中，所述下垂系数Rf的计算公式如下：



其中，Δfband为系统频率的最大允许变化量，fN为系统频率的额定值；ΔPmargin为风电场实时可用有功功率的容量，PN为风电场有功功率的额定值。


4.如权利要求1所述的一种风电场中长期控制建模方法，其特征在于，
所述第二步中，新的有功功率调节量ΔPg的计算公式如下：



ACE＝(Pg-Pgref)+10B(fg-fgref)(3)
其中，Kp和KI分别是PI控制器的比例积分增益；ACE为区域控制偏差；t为时间，单位秒；Pg为风电场与电网的实际交换功率；...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭琰，黄弘扬，马骏超，史林军，王子昭，雎康，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，河海大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33