风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，包括：首先建立风电机组的系统模型；然后在完整保留机械动态相关部分的基础上对风电机组的系统模型进行简化，得到一个以风速和电力系统频率为输入量，以风电机组有功功率为输出量的模型；接着求取风电机组机械简化模型的关键参数；随后建立除风电以外的电力系统的通用频率响应模型；最后，通过连接风电机组的简化模型和电力系统的通用频率响应模型，得到风电参与电网频率支撑的快速仿真模型。通过本发明专利技术的方法可显著提高MATLAB软件下进行风电参与电网频率分析的效率，并可以准确模拟风电频率支撑对大规模电力系统的影响，对于促进风电参与电网频率支撑技术的进步具有重要促进作用。术的进步具有重要促进作用。术的进步具有重要促进作用。

【技术实现步骤摘要】
风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法


[0001]本专利技术属于电力系统仿真分析领域，特别涉及一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电力系统电源成分、网架结构和负荷特性的不断变化，系统频率稳定问题逐渐凸显。比如，2017年7月2日华东电网发生过因特高压直流闭锁导致频率跌至49.9Hz以下的事故。2019年8月9日英格兰和威尔士电网发生的大停电事故中频率最低跌至48.8Hz。这一系列事件引起了电力工作者对于频率稳定问题的广泛关注。新能源发电已经是电网中一类重要的电源，在2018年颁布的行业标准《电力系统网源协调技术规范》中对新能源发电参与频率支撑提出了明确要求。风电通常采用集中并网形式且具有较好的调频潜力，因此其参与频率支撑被寄予厚望。
[0003]MATLAB是控制策略研究和参数优化研究中广泛使用的一款仿真软件。在风电控制研究中，目前常以MATLAB软件提供的“DFIG Average Model”作为双馈感应风力发电机组(DFIG风电机组)的系统模型。但是，在用MATLAB软件进行风电参与电网频率支撑的研究时存在两个显著不足：(1)基于现有的系统模型难以构建大规模电力系统的仿真模型，不利于评判控制策略对大系统的影响；(2)控制器中的积分环节往往需要设置很小的仿真步长才能确保整个模型顺利运行，导致复杂模型的运行速度极慢，严重降低了仿真效率。
[0004]上述问题的存在使得在MATLAB软件下进行的风电参与电网频率支撑的研究一直停留在单台风电机组或风电场单机聚合模型对小规模电力系统的研究水平上，既限制了风电频率支撑控制研究的深入，也难以验证控制策略在大规模电力系统中应用的效果。本专利技术提出了一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，可以极大地提高MATLAB软件下进行风电参与电网频率支撑研究的效率，并可以准确模拟风电频率支撑对大规模电力系统的影响，对于促进风电参与电网频率支撑技术的进步具有重要促进作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，能够极大地提高MATLAB软件下进行风电参与电网频率支撑研究的效率，并可以准确模拟风电频率支撑对大规模电力系统的影响，对于促进风电参与电网频率支撑技术的进步具有重要促进作用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、建立风电机组的系统模型，系统模型具体包括风力机模型、两质块轴系模型、双馈感应发电机模型、变桨及转速控制器模型(含频率支撑控制模块)、变流器模型、机侧变流控制器模型和网侧变流控制器模型等七个部分。
[0008]进一步，风电机组的系统模型可使用仿真软件中自带的系统模型，或者应根据厂
家提供的参数建立系统模型。
[0009]步骤2、在完整保留机械动态相关部分的基础上对风电机组的系统模型进行简化。
[0010]进一步，具体的简化过程包括：将两质块轴系模型简化为单质块轴系模型；保留双馈感应发电机模型中的转子运动方程而忽略所有电气方程；使用一个有功功率计算系数K
AP
替代变流器、机侧变流控制器模型和网侧变流控制器模型的作用；风力机模型、变桨及转速控制器模型不进行简化。
[0011]进一步，最终得到的风电机组简化模型以风速和电力系统频率为输入量，以风电机组有功功率为输出量，而不是像系统模型那样以风速、电压为输入量，以电流为输出量。
[0012]步骤3、求取风电机组机械简化模型的关键参数。
[0013]进一步，除因模型简化而不再涉及的参数外，简化模型中的双馈感应发电机惯性时间常数H是系统模型中双馈感应发电机惯性时间常数和风力机惯性时间常数之和，有功功率计算系数K
AP
需根据简化模型的有功功率数值与系统模型的有功功率数值一致来辨识；简化模型中尚存在的其他参数与系统模型保持一致。
[0014]步骤4、建立除风电以外的电力系统的通用频率响应模型。通用频率响应模型是一个传递函数，记为G
SFR
(s)，表示电力系统功率缺额与系统频率变化之间的关系，可以通过功率扰动和系统频率变化过程来辨识。
[0015]进一步，所建立的电力系统通用频率响应模型不包括风电本身的频率支撑控制，如果是开展理论研究，应当首先屏蔽电力系统中所有风电的频率支撑控制，然后在系统中制造功率缺额，接着根据系统频率变化辨识G
SFR
(s)；如果是辨识实际电力系统的G
SFR
(s)，则应确保风电机组退出频率支持控制，然后再根据实际系统中发生的功率缺额和频率变化来辨识G
SFR
(s)。
[0016]步骤5、连接风电机组的简化模型和电力系统的通用频率响应模型，得到风电参与电网频率支撑的快速仿真模型。
[0017]进一步，在进行模型连接时，电力系统通用频率响应模型G
SFR
(s)的输出是频率变化量Δf，Δf和电力系统的稳态频率f0相加得到系统频率f，f被输入到风电机组的简化模型中；风电机组简化模型输出的有功功率P
e
减去其稳态值P0得到风电机组有功功率支撑量ΔP
DFIG
；ΔP
DFIG
与电力系统功率缺额ΔP
d
之和作为G
SFR
(s)的输入量。
[0018]进一步，若要将含N台风电机组的风电场与电力系统的通用频率响应模型进行连接，则首先忽略电场内部的集电网络；然后将根据G
SFR
(s)输出量Δf计算出的系统频率f作为N个风电机组简化模型的共同输入量；N个风电机组简化模型的输入风速单独设定；N个风电机组简化模型的总输出功率(P
e1
+P
e2
+
…
+P
eN
)与风电场总有功功率的稳态值P
Σ0
相减得到风电场有功功率的支撑量ΔP
WF
；ΔP
WF
与电力系统功率缺额ΔP
d
之和作为G
SFR
(s)的输入量。
[0019]进一步，风电机组简化模型的有功功率稳态值P0或风电场总有功功率的稳态值P
Σ0
，均是在电力系统额定频率和设定的风速下进行仿真得到的。
[0020]工作原理：完整的含风电电力系统模型中包括大量电磁暂态、机电暂态、机械动态等不同时间尺度的模型模块，在MATLAB软件下对这样的完整模型进行仿真是非常耗时的，极大地降低了研究效率。风电参与电网频率支撑的过程主要是机械动态过程，因此在含风电电力系统的系统模型中简化掉与电磁暂态、机电暂态(其中的电气暂态)相关的部分就可以极大地提高仿真速度。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0022]通过保留风电机组系统模型中与机械动态相关的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立风电机组的系统模型，系统模型具体包括风力机模型、两质块轴系模型、双馈感应发电机模型、变桨及转速控制器模型、变流器模型、机侧变流控制器模型和网侧变流控制器模型七个部分，其中变桨及转速控制器模型包含频率支撑控制模块；步骤2、在完整保留机械动态相关部分的条件下，对风电机组的系统模型进行简化，获得风电机组机械简化模型；步骤3、获取风电机组机械简化模型的关键参数；步骤4、建立去除风电的电力系统的通用频率响应模型，所述通用频率响应模型是一个传递函数，记为G
SFR
(s)，表示电力系统功率缺额与系统频率变化之间的关系，通过功率扰动和系统频率变化过程来辨识；步骤5、连接风电机组机械简化模型和电力系统的通用频率响应模型，得到风电参与电网频率支撑的快速仿真模型。2.根据权利要求1所述的风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，其特征在于：所述步骤2中，对风电机组的系统模型进行简化，包括：将两质块轴系模型简化为单质块轴系模型；保留双馈感应发电机模型中的转子运动方程而忽略所有电气方程；使用一个有功功率计算系数K
AP
替代变流器、机侧变流控制器模型和网侧变流控制器模型的作用；并且风力机模型、变桨及转速控制器模型保持原模型，不进行简化。3.根据权利要求1所述的风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，其特征在于：所述步骤2中，最终得到的风电机组简化模型为：以风速和电力系统频率为输入量，以风电机组有功功率为输出量。4.根据权利要求1所述的风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，其特征在于：在所述步骤3中，获取风电机组机械简化模型的关键参数，包括：求取替代变流器、机侧变流控制器模型和网侧变流控制器模型作用的有功功率计算系数K
AP
，是根据风电机组机械简化模型的有功功率数值与系统模型的有功功率数值一致来辨识的。5.根据权利要求1所述的风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，其特征在于：在所述步骤4中，建立的电力系统通用频率响应模型，不包括风电本身的频率支撑控制，是在屏蔽或...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭琰，金宇清，马骏超，黄小俊，王晨旭，孙黎霞，罗华峰，鞠平，沈杨臻，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：