一种海上风电场等值建模方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种海上风电场等值建模方法及系统，首先基于风电场相关参数构建海上风电场模型；其次根据风电场中各台风电机组的实际运行风速，对所述海上风电场模型进行潮流计算和稳态工况下系统状态变量初值计算，获得每台风电机组所有状态变量的稳态值；然后将每台风电机组所有状态变量的稳态值作为风电场中分群指标，采用改进的最大最小距离算法进行分群聚类，获得多个机群；最后对同一机群内的风电机组进行参数聚合，等值为一台等值机组，并计算等值机组参数；根据等值机组参数构建风电场等值模型，以使利用所述风电场等值模型进行小信号稳定性分析。本发明专利技术基于等值机组参数构建的风电场等值模型更适合于风电场的小信号稳定性分析。稳定性分析。稳定性分析。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电场等值建模方法及系统


[0001]本专利技术涉及输配电
，特别是涉及一种海上风电场等值建模方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着海上风电的快速发展，大量海上风电场采用交流或柔性直流输电并网，风电场并网所产生的振荡失稳问题也陆续出现。这些问题引起了大量专家学者的重视，国内外学者对于风电场并网稳定性问题进行了大量研究。对风电场进行小信号建模是对风电并网系统进行稳定性分析的基础和前提，相比于风电场的电磁暂态模型，风电场状态空间模型更加复杂，对其进行详细建模不切实际，所以对风电场进行等值处理变得不可或缺，这也使得风电场等值模型广泛应用于风电并网稳定性分析中。
[0003]在对风电场并网稳定性的研究中，大部分文献采用单机等值模型，即把整个风电场等效为一台等值机组来研究，基于单机等值模型分析风电场并网系统的小信号稳定性，忽略了风电场内部各个风电机组间的交互耦合作用以及风电场电气特性与外部系统之间的耦合关系，导致风电场等值模型难以准确刻画风电场内部以及风电场和外部系统的交互动态特征。若风电场采用多机等值模型，在分群聚类中，需要对风电机组的内部动态特性及其对外部特性的影响进行清晰的分析，准确把握对系统稳定性产生影响的主要变量，从而构造主导振荡特性保持的风电场等值模型，但多用于暂态仿真，其选取的分群指标多与风电场暂态特性相关，并不能准确反应对系统稳定性产生影响的主要变量，所以直接将其用于小信号稳定性分析会带来较大的误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种海上风电场等值建模方法及系统，以实现准确构建用于小信号稳定性分析的海上风电场等值模型。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种海上风电场等值建模方法，所述方法包括：
[0006]基于风电场相关参数构建海上风电场模型；所述风电场相关参数包括风电场拓扑、风电机组参数、集电网络参数以及外部系统参数；
[0007]根据风电场中各台风电机组的实际运行风速，对所述海上风电场模型进行潮流计算和稳态工况下系统状态变量初值计算，获得每台风电机组所有状态变量的稳态值；
[0008]将每台风电机组所有状态变量的稳态值作为风电场中分群指标，采用改进的最大最小距离算法进行分群聚类，获得多个机群；
[0009]对同一机群内的风电机组进行参数聚合，等值为一台等值机组，并计算等值机组参数；
[0010]根据所述等值机组参数构建风电场等值模型，以使利用所述风电场等值模型进行小信号稳定性分析。
[0011]可选地，所述将每台风电机组所有状态变量的稳态值作为风电场中分群指标，采用改进的最大最小距离算法进行分群聚类，获得多个机群，具体包括：
[0012]对每台风电机组所有状态变量的稳态值进行归一化处理，获得归一化数据集；
[0013]从归一化数据集中任意选择一个数据点作为聚类中心M1；将一台风电机组归一化处理后获得的数据称为一个数据点；
[0014]再从归一化数据集中选择距离聚类中心M1最远的数据点作为聚类中心M2；
[0015]计算归一化数据集中除M1和M2之外的每一个数据点分别与M1、M2的欧几里得距离，并分别选取最小的欧几里得距离；从两个最小的欧几里得距离中选取最大欧几里得距离；
[0016]判断最大欧几里得距离是否达到第一设定值；如果达到第一设定值，则将最大欧几里得距离对应的数据点作为聚类中心M3；如果没有达到第一设定值，则结束；
[0017]计算归一化数据集中除M1、M2和M3之外的每一个数据点分别与M1、M2和M3的欧几里得距离，并分别选取最小的欧几里得距离；从三个最小的欧几里得距离中选取最大欧几里得距离；
[0018]判断最大欧几里得距离是否达到第二设定值；如果达到第二设定值，则将最大欧几里得距离对应的数据点作为聚类中心M4；如果没有达到第二设定值，则结束；
[0019]以此类推，直至没有新的聚类中心出现时，将剩余数据点到各聚类中心的距离，按照最小距离原则将剩余数据点归入最近的机群中；所述剩余数据点为归一化数据集中除了个聚类中心之外的数据点。
[0020]可选地，所述等值机组参数包括：等值风速、等值风机参数和等值集电线路；所述等值风机参数包括：发电机参数、轴系参数、变压器参数和直流母线电容器参数；所述等值集电线路包括：同一机群内的r台风电机组的加权平均电压差、等值机组与PCC点之间的电压差和等值机组与PCC点之间的线路阻抗。
[0021]可选地，采用加权聚合法获得等值风速，具体计算公式为：
[0022][0023]其中，v
eq
表示等值风速，v
i
表示等值前第i台风电机组的输入风速，n表示机组总台数。
[0024]可选地，同一机群内的r台风电机组的加权平均电压差的计算公式为：
[0025][0026]其中，ΔU
i
为第i台风电机组机端变压器出口电压与PCC点电压的差值，P
i
为第i台风电机组输出的有功功率。
[0027]可选地，等值机组与PCC点之间的电压差的计算公式为：
[0028][0029]其中，ΔU
eq
为等值风电机组与PCC点之间的电压差，z
eq
为等值机组与PCC点间的线路阻抗，P
i
为第i台风电机组的输出的有功功率，U为PCC点的电压，r为风电机组总台数。
[0030]可选地，等值机组与PCC点间的线路阻抗z
eq
的计算公式为：
[0031][0032]本专利技术还提供一种海上风电场等值建模系统，所述系统包括：
[0033]海上风电场模型构建模块，用于基于风电场相关参数构建海上风电场模型；所述风电场相关参数包括风电场拓扑、风电机组参数、集电网络参数以及外部系统参数；
[0034]稳态值计算模块，用于根据风电场中各台风电机组的实际运行风速，对所述海上风电场模型进行潮流计算和稳态工况下系统状态变量初值计算，获得每台风电机组所有状态变量的稳态值；
[0035]分群聚类模块，用于将每台风电机组所有状态变量的稳态值作为风电场中分群指标，采用改进的最大最小距离算法进行分群聚类，获得多个机群；
[0036]参数聚合模块，用于对同一机群内的风电机组进行参数聚合，等值为一台等值机组，并计算等值机组参数；
[0037]风电场等值模型构建模块，用于根据所述等值机组参数构建风电场等值模型，以使利用所述风电场等值模型进行小信号稳定性分析。
[0038]可选地，所述分群聚类模块，具体包括：
[0039]归一化处理单元，用于对每台风电机组所有状态变量的稳态值进行归一化处理，获得归一化数据集；
[0040]聚类中心选取单元，用于从归一化数据集中任意选择一个数据点作为聚类中心M1；将一台风电机组归一化处理后获得的数据称为一个数据点；
[0041]聚类中心确定单元，用于再从归一化数据集中选择距离聚类本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电场等值建模方法，其特征在于，所述方法包括：基于风电场相关参数构建海上风电场模型；所述风电场相关参数包括风电场拓扑、风电机组参数、集电网络参数以及外部系统参数；根据风电场中各台风电机组的实际运行风速，对所述海上风电场模型进行潮流计算和稳态工况下系统状态变量初值计算，获得每台风电机组所有状态变量的稳态值；将每台风电机组所有状态变量的稳态值作为风电场中分群指标，采用改进的最大最小距离算法进行分群聚类，获得多个机群；对同一机群内的风电机组进行参数聚合，等值为一台等值机组，并计算等值机组参数；根据所述等值机组参数构建风电场等值模型，以使利用所述风电场等值模型进行小信号稳定性分析。2.根据权利要求1所述的海上风电场等值建模方法，其特征在于，所述将每台风电机组所有状态变量的稳态值作为风电场中分群指标，采用改进的最大最小距离算法进行分群聚类，获得多个机群，具体包括：对每台风电机组所有状态变量的稳态值进行归一化处理，获得归一化数据集；从归一化数据集中任意选择一个数据点作为聚类中心M1；将一台风电机组归一化处理后获得的数据称为一个数据点；再从归一化数据集中选择距离聚类中心M1最远的数据点作为聚类中心M2；计算归一化数据集中除M1和M2之外的每一个数据点分别与M1、M2的欧几里得距离，并分别选取最小的欧几里得距离；从两个最小的欧几里得距离中选取最大欧几里得距离；判断最大欧几里得距离是否达到第一设定值；如果达到第一设定值，则将最大欧几里得距离对应的数据点作为聚类中心M3；如果没有达到第一设定值，则结束；计算归一化数据集中除M1、M2和M3之外的每一个数据点分别与M1、M2和M3的欧几里得距离，并分别选取最小的欧几里得距离；从三个最小的欧几里得距离中选取最大欧几里得距离；判断最大欧几里得距离是否达到第二设定值；如果达到第二设定值，则将最大欧几里得距离对应的数据点作为聚类中心M4；如果没有达到第二设定值，则结束；以此类推，直至没有新的聚类中心出现时，将剩余数据点到各聚类中心的距离，按照最小距离原则将剩余数据点归入最近的机群中；所述剩余数据点为归一化数据集中除了个聚类中心之外的数据点。3.根据权利要求1所述的海上风电场等值建模方法，其特征在于，所述等值机组参数包括：等值风速、等值风机参数和等值集电线路；所述等值风机参数包括：发电机参数、轴系参数、变压器参数和直流母线电容器参数；所述等值集电线路包括：同一机群内的r台风电机组的加权平均电压差、等值机组与PCC点之间的电压差和等值机组与PCC点之间的线路阻抗。4.根据权利要求3所述的海上风电场等值建模方法，其特征在于，采用加权聚合法获得等值风速，具体计算公式为：
其中，v
eq
表示等值风速，v
i
表示等值前第i台风电机组的输入风速，n表示机组总台数。5.根据权利要求3所述的海上风电场等值建模方法，其特征在于，同一机群内的r台风电机组的加权平均电压差的计算公式为：其中，ΔU
i
为第i台风电机组机端变压器出口电压与PCC点电压的差值，P
i
为第i台风电机组输出的有功功率。6.根据权利要求5所述的海上风电场等值建模方法，其特征在于，等值机组与PCC点之间的电压差...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春义，谭尚晨，郭小江，甘繁欣，孙栩，申旭辉，李春华，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：