一种风电场并网系统的稳定性分析与量化评估方法技术方案

本发明专利技术提供一种风电场并网系统的稳定性分析与量化评估方法，该稳定性分析方法同时考虑风电场与电网、风电场内部机组之间两种交互模态，克服了常规多机稳定性分析不考虑机组之间交互模态的缺陷，提高了多机稳定性分析的精度。此外，该稳定性分析方法能够根据稳定裕度量化指标判断多台机组间的交互模态，并对风电场中稳定性较薄弱的机组进行定位，从而有针对性地优化薄弱机组的控制参数，提高风电场的稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
一种风电场并网系统的稳定性分析与量化评估方法


[0001]本专利技术涉及风电机组、风电场的电气控制
，尤其涉及一种风电场并网系统的稳定性分析与量化评估方法。

技术介绍

[0002]随着风电接入电网比例的不断提高，其对电网的安全稳定运行产生重要影响。高比例风电并网等效降低了电网的短路比，使电网呈现出弱电网特性，引发风电机组与电网之间的一系列异常交互现象，诸如低频振荡、次同步振荡、高频谐波振荡等，危及电网的安全稳定运行。
[0003]对于风电场并网系统，其系统结构如图1所示，阻抗分析法是目前分析这种风电场并网系统稳定性的一种较为有效的方法，通常首先建立单台风电机组的输出阻抗；然后根据风电场汇集网的拓扑结构以及电路串联、并联原理，计算风电场的等效聚合阻抗；最后，根据奈奎斯特判据判断系统的稳定性。目前，现有阻抗分析法研究风电场稳定性时存在如下缺陷：
[0004]1)现有对风电场
‑
电网互联系统的建模大多较为粗糙，仅将风电场等值为单台风电机组进行分析。这种建模方法实际上仅分析了风电场与电网之间的交互作用，而忽略了风电场内部机组之间的交互作用；
[0005]2)对风电场
‑
电网互联系统的稳定性判别多根据广义奈奎斯特判据，这种图形化的分析方法难以定量地评估风电场的稳定裕度，也不易于对风电场并网系统中薄弱的机组进行定位。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决在风电场并网系统稳定性分析中，现有稳定性分析方法不考虑机组之间交互作用、难以定量地评估风电场稳定裕度、不易定位稳定性较薄弱的风电机组的技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种风电场并网系统的稳定性分析与量化评估方法，包含以下步骤：
[0009]S1：采集风电场并网系统的参数与系统结构，并根据系统参数进行潮流计算，得出风电场并网系统的初始状态变量；
[0010]S2：根据系统参数以及状态变量的初始值，在旋转dq坐标系下建立风电机组、线路参数、变压器、电网等设备的阻抗矩阵模型；
[0011]S3：基于已求出的各个设备的阻抗模型，先将风电场并网系统分割为两个子系统，所述分割方法为：
[0012]当研究风电场与电网之间的交互作用时，以风电场母线为分界线，将该互联系统分为电网子系统、风电场子系统；
[0013]当研究风电场内部机组之间的交互作用时，以风电机组交流出口侧为分界线，将
该互联系统分为风电机组子系统、剩余风电机组及电网子系统；
[0014]根据风电场汇集网的拓扑结构以及研究的交互模态对风电场并网系统进行阻抗聚合；
[0015]S4：根据求出的聚合阻抗模型，分别计算不同交互模态对应的特征方程、特征值，选取不同交互模态下特征值的最小阻尼比作为稳定裕度的量化指标；
[0016]S5：根据稳定裕度量化指标判断系统主导交互模态；
[0017]S6：根据风电场并网系统的聚合阻抗以及稳定裕度量化指标，对该系统中稳定性较薄弱的机组进行定位，从而有针对性地优化薄弱机组的控制参数，提高风电场的稳定性。
[0018]优选的，所述风电场并网的参数包括风电机组电气参数、变换器控制参数、轴系参数、风轮参数、风速、风电场内部拓扑结构、风电机组间线路参数、变压器参数、电网线路参数、发电机参数。
[0019]优选的，所述S3在划分完成后，按照电路串联、并联的原理，分别求出各个子系统的聚合阻抗。
[0020]优选的，研究风电场与电网之间的交互作用时，稳定性受阻抗和(Z
g
+Z
WF
)的影响，其中Z
g
为电网线路阻抗，Z
WF
为风电场聚合阻抗，研究风电场与电网之间的交互作用的特征方程为：
[0021]det(Z
g
+Z
WF
)＝0
ꢀꢀꢀ
(1)
[0022]式中det表示求矩阵(Z
g
+Z
WF
)的行列式。
[0023]根据式(1)求出系统的闭环极点λ
11
、λ
12
、
…
、λ
1k
，衡量风电场与电网交互作用的量化指标ζ1为上述闭环极点λ
11
、λ
12
、
…
、λ
1k
的最小阻尼比，即
[0024][0025]优选的，所述S4中，研究风电场内部机组之间的交互作用时，稳定性受阻抗和(Z
WT
+Z
E
)的影响，其中Z
WT
为某台风电机组的输出阻抗，Z
E
为剩余风电机组及电网子系统的聚合阻抗，
[0026]对于任意一台风电机组WTij(1≤i≤N，1≤j≤M)，研究风电机组WTij与剩余风电机组及电网子系统之间交互作用的特征方程为：
[0027]det(Z
WTij
+Z
E
)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0028]式中det表示求矩阵(Z
WTij
+Z
E
)的行列式，Z
WTij
为风电机组WTij的输出阻抗，Z
E
为除风电机组WTij外剩余风电机组及电网的聚合阻抗；
[0029]根据式(3)可求出闭环极点λ
21ij1
、λ
2ij2
、
…
、λ
2ijk
，衡量风电机组WTij与剩余风电机组及电网之间交互作用的量化指标ζ
2ij
为上述闭环极点λ
2ij1
、λ
2ij2
、
…
、λ
2ijk
的最小阻尼比，即：
[0030][0031]衡量风电场内部机组之间交互作用的量化指标ζ2等于上述阻尼比ζ
2ij
(1≤i≤N，1≤j≤M)中的最小值，即：
[0032][0033]优选的，当同时考虑外部交互作用、内部交互作用，即可得出整个风电场并网系统的稳定性，分别求出衡量外部交互作用的量化指标ζ1、内部交互作用的量化指标ζ2后，衡量风电场并网系统稳定性的量化指标ζ为ζ1、ζ2之间的最小值，即：
[0034]ζ＝min(ζ1,ζ2)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0035]优选的，所述S5中，对风电场并网系统的小扰动主导失稳模式进行识别时，若稳定裕度量化指标ζ大于零，表示风电场运行稳定；当ζ小于零、且ζ1小于ζ2时，对应主导失稳模式为风电场与电网之间的交互作用，即外部交互作用；当ζ小于零、且ζ2小于ζ1时，对应主导失稳模式为风电场内部机组间的交互作用，即内部交互作用。
[0036]优选的，所述S6包含以下步骤：
[0037]S61:风电场运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电场并网系统的稳定性分析与量化评估方法，其特征在于：包含以下步骤：S1：采集风电场并网系统的参数与系统结构，并根据系统参数进行潮流计算，得出风电场并网系统的初始状态变量；S2：根据系统参数以及状态变量的初始值，在旋转dq坐标系下建立风电机组、线路参数、变压器、电网等设备的阻抗矩阵模型；S3：基于已求出的各个设备的阻抗模型，先将风电场并网系统分割为两个子系统，所述分割方法为：当研究风电场与电网之间的交互作用时，以风电场母线为分界线，将该互联系统分为电网子系统、风电场子系统；当研究风电场内部机组之间的交互作用时，以风电机组交流出口侧为分界线，将该互联系统分为风电机组子系统、剩余风电机组及电网子系统；根据风电场汇集网的拓扑结构以及研究的交互模态对风电场并网系统进行阻抗聚合；S4：根据求出的聚合阻抗模型，分别计算不同交互模态对应的特征方程、特征值，选取不同交互模态下特征值的最小阻尼比作为稳定裕度的量化指标；S5：根据稳定裕度量化指标判断系统主导交互模态；S6：根据风电场并网系统的聚合阻抗以及稳定裕度量化指标，对该系统中稳定性较薄弱的机组进行定位，从而有针对性地优化薄弱机组的控制参数，提高风电场的稳定性。2.根据权利要求1所述的风电场并网系统的稳定性分析与量化评估方法，其特征在于：所述风电场并网的参数包括风电机组电气参数、变换器控制参数、轴系参数、风轮参数、风速、风电场内部拓扑结构、风电机组间线路参数、变压器参数、电网线路参数、发电机参数。3.根据权利要求1所述的风电场并网系统的稳定性分析与量化评估方法，其特征在于：所述S3在划分完成后，按照电路串联、并联的原理，分别求出各个子系统的聚合阻抗。4.根据权利要求3所述的风电场并网系统的稳定性分析与量化评估方法，其特征在于：研究风电场与电网之间的交互作用时，稳定性受阻抗和(Z
g
+Z
WF
)的影响，其中Z
g
为电网线路阻抗，Z
WF
为风电场聚合阻抗，研究风电场与电网之间的交互作用的特征方程为：det(Z
g
+Z
WF
)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)根据式(1)求出系统的闭环极点λ
11
、λ
12
、
…
、λ
1k
，衡量风电场与电网交互作用的量化指标ζ1为上述闭环极点λ
11
、λ
12
、
…
、λ
1k
的最小阻尼比，即5.根据权利要求3所述的风电场并网系统的稳定性分析与量化评估方法，其特征在于：所述S4中，研究风电场内部机组之间的交互作用时，稳定性受阻抗和(Z
WT
+Z
E
)的影响，对于任意一台风电机组WTij(1≤i≤N，1≤j≤M)，研究风电机组WTij与剩余风电机组...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑顺，薛晓岑，黄杰杰，张雷，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：