一种适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法及系统，属于风电场领域，充将具有复杂网络拓扑结构的“混联型”大型风电场进行等值、解耦及降阶，同时保留风电场的主导动态特性及内部交互特性，适用于“混联型”拓扑结构的大型风电场降阶及动态稳定性分析，并利用矩阵摄动理论和Pad

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法及系统


[0001]本专利技术涉及风电场领域，特别是涉及一种适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着对大型风场线上仿真的精度和速度要求不断提高，对风电场动态等值的研究也越来越深入。由于大型风场的风电机组的全阶状态空间矩阵维数较高，需要对风场进行降阶，为风电机组并网引发的振荡稳定性问题研究提供基础。目前的大多数研究将风电场等效为单个风机，并未考虑风电场内部复杂的拓扑结构和动态交互作用，等值模型的准确性受到影响。因此需要进一步探讨更具有普适性的“混联型”拓扑结构风电场降阶方法，从而建立考虑风电场主导动态特性及内部交互特性的风电场等值模型。
[0003]现有风电场降阶的技术方法以及存在的问题：
[0004]在对大型风场的数十台或上百台风电机组进行详细建模仿真时，由于计算机计算量较大，仿真时间较长，为了减少工作量和仿真时长，先根据一定的分群指标将风电场划分为若干由型号相同且具有相似运行工况的风电机组组成的风电机群，再将同一风机群的风机等值为单个风机；然后对风电场进行降阶，目前常用的降阶方法为容量加权平均法和参数辨识法。
[0005]容量加权平均法原理简单，计算量小，不考虑风电场的内部拓扑结构和动态交互作用，在实际工程中得到广泛应用，该方法将单个风机的额定容量与风电场总容量的比值作为权重进行参数计算。然而，引起风电场动态交互的关键因素是风电机组的变流器及其控制部分，而容量加权平均法目前并不能对其进行有效等值，则等值结果与详细模型之间的误差较大。
[0006]参数辨识法基于自适应参数对风电场内部动态特性和拓扑结构进行估计，其等值模型准确度较高，该方法本质上是建立一个优化问题的模型并对其进行求解，在相同扰动情况下对被等值风电场在并网处的动态响应参数进行优化，如使并网点处的电压波动或输出功率波动误差最小，从而求解出对应的等值风机参数，但计算过程中涉及非线性方程的求解，每一次迭代过程均需要通过非线性仿真获取等值风机并网运行的动态响应数据，对于复杂系统来说待求变量较多，计算量较大，难以用于风力机组的运行工况发生变化时的仿真研究。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法及系统，以充分考虑风电场的主导动态特性及内部交互特性，适用于“混联型”拓扑结构的大型风电场降阶及动态稳定性分析。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]一种适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法，包括：
[0010]确定混联型拓扑结构风电场的网络阻抗方程；
[0011]以每个风电机组子系统为单位对混联型拓扑结构风电场进行等效解耦，获得解耦后的网络阻抗方程；
[0012]按照风电机组型号，将所述混联型拓扑结构风电场划分为不同集群，获得多个风电集群；
[0013]根据解耦后的网络阻抗方程，确定每个风电集群中每个风电机组子系统的主导特征函数；
[0014]将每个风电集群中所有风电机组子系统的主导特征函数特征根实部最大值对应的风电机组子系统作为主导风机，并令主导风机等效表示所在风电集群的对外主导动态特性；
[0015]考虑风电集群内部风机之间的交互特性，利用矩阵摄动理论和帕德逼近确定每个风电集群中主导风机以外的所有风电机组子系统的阻抗降阶模型；
[0016]主导风机的阻抗模型与主导风机以外的所有风电机组子系统的阻抗降阶模型构成每个风电集群的阻抗降阶模型，并将所有风电集群的阻抗降阶模型形成所述混联型拓扑结构风电场的等效阻抗降阶模型；
[0017]根据所述混联型拓扑结构风电场的等效阻抗降阶模型，采用奈奎斯特法对所述混联型拓扑结构风电场进行稳定性分析。
[0018]可选的，所述混联型拓扑结构风电场的网络阻抗方程为
[0019]V(s)
‑
Z
L
，(s)I(s)＝V
G
(s)
[0020]其中，V(s)表示基于复向量的风电机组交流侧出口电压矩阵，I(s)表示基于复向量的风电机组交流侧出口电流矩阵，Z
L
(s)表示基于复向量的混联型拓扑结构风电场的网络阻抗矩阵，V
G
(s)表示基于复向量的混联型拓扑结构风电场汇集母线的电压矩阵；
[0021][0022]V表示风电机组交流侧出口电压矩阵，V
k
表示第k个风电机组端口电压矩阵，I表示风电机组交流侧出口电流矩阵，I
k
表示第k个风电机组端口电流，V
G
表示混联型拓扑结构风电场汇集母线的电压矩阵，V
Gk
表示第k个风电机组在汇集母线处的电压，Z
L
表示混联型拓扑结构风电场的网络阻抗矩阵，z
mM
表示第m条支路中第k个风电机组与剩余风电机组之间的连接阻抗，L表示复平面静止坐标系的线路变换矩阵。
[0023]可选的，所述解耦后的网络阻抗方程为
[0024][0025]其中，z
i
(s)表示第i个风电机组子系统的阻抗矩阵，M表示混联型拓扑结构风电场中风电机组子系统的数量，Z
wi
(s)表示等效风电场阻抗且由M个2
×
2维的对角矩阵构成，λ
i
表示第i个风电机组子系统的特征值。
[0026]可选的，所述主导特征函数为
[0027][0028]其中，ξ
k
(s)表示主导特征函数，λ
k
表示第k个风电机组的特征值，α
k1
(s)和α
k2
(s)表示风机的第一和第二主导特征函数，ξ
k1
(s)和ξ
k2
(s)表示矩阵Z
wk
+λ
kL
的第一和第二主导特征函数，L表示复平面静止坐标系的线路变换矩阵，Z
wk
表示第k个风电机组的阻抗矩阵。
[0029]可选的，所述主导风机以外的所有风电机组子系统的阻抗降阶模型为
[0030]H(s)＝Z
f
(s)＝m0+m1s+m2s2[0031]其中，H(s)表示传递函数，Z
f
(s)表示主导风机以外的所有风电机组子系统的降阶阻抗，m0、m1、m2分别表示由换流器控制环节积分系数、PLL控制参数、风机输出功率构成的系数，s表示复变量。
[0032]一种适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶系统，包括：
[0033]网络阻抗方程确定模块，用于确定混联型拓扑结构风电场的网络阻抗方程；
[0034]解耦模块，用于以每个风电机组子系统为单位对混联型拓扑结构风电场进行等效解耦，获得解耦后的网络阻抗方程；
[0035]集群划分模块，用于按照风电机组型号，将所述混联型拓扑结构风电场划分为不同集群，获得多个风电集群；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法，其特征在于，包括：确定混联型拓扑结构风电场的网络阻抗方程；以每个风电机组子系统为单位对混联型拓扑结构风电场进行等效解耦，获得解耦后的网络阻抗方程；按照风电机组型号，将所述混联型拓扑结构风电场划分为不同集群，获得多个风电集群；根据解耦后的网络阻抗方程，确定每个风电集群中每个风电机组子系统的主导特征函数；将每个风电集群中所有风电机组子系统的主导特征函数特征根实部最大值对应的风电机组子系统作为主导风机，并令主导风机等效表示所在风电集群的对外主导动态特性；考虑风电集群内部风机之间的交互特性，利用矩阵摄动理论和帕德逼近确定每个风电集群中主导风机以外的所有风电机组子系统的阻抗降阶模型；主导风机的阻抗模型与主导风机以外的所有风电机组子系统的阻抗降阶模型构成每个风电集群的阻抗降阶模型，并将所有风电集群的阻抗降阶模型形成所述混联型拓扑结构风电场的等效阻抗降阶模型；根据所述混联型拓扑结构风电场的等效阻抗降阶模型，采用奈奎斯特法对所述混联型拓扑结构风电场进行稳定性分析。2.根据权利要求1所述的适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法，其特征在于，所述混联型拓扑结构风电场的网络阻抗方程为V(s)
‑
Z
L
(s)I(s)＝V
G
(s)其中，V(s)表示基于复向量的风电机组交流侧出口电压矩阵，I(s)表示基于复向量的风电机组交流侧出口电流矩阵，Z
L
(s)表示基于复向量的混联型拓扑结构风电场的网络阻抗矩阵，V
G
(s)表示基于复向量的混联型拓扑结构风电场汇集母线的电压矩阵；V表示风电机组交流侧出口电压矩阵，V
k
表示第k个风电机组端口电压矩阵，I表示风电机组交流侧出口电流矩阵，I
k
表示第k个风电机组端口电流，V
G
表示混联型拓扑结构风电场汇集母线的电压矩阵，V
Gk
表示第k个风电机组在汇集母线处的电压，Z
L
表示混联型拓扑结构风电场的网络阻抗矩阵，z
mM
表示第m条支路中第k个风电机组与剩余风电机组之间的连接阻抗，L表示复平面静止坐标系的线路变换矩阵。3.根据权利要求2所述的适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法，其特征在于，所述解耦后的网络阻抗方程为z
i
(s)＝[Z
wi
(s)+λ
i
L]其中，z
i
(s)表示第i个风电机组子系统的阻抗矩阵，M表示混联型拓扑结构风电场中风
电机组子系统的数量，Z
wi
(s)表示等效风电场阻抗且由M个2
×
2维的对角矩阵构成，λ
i
表示第i个风电机组子系统的特征值。4.根据权利要求1所述的适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法，其特征在于，所述主导特征函数为其中，ξ
k
(x)表示主导特征函数，λ
k
表示第k个风电机组的特征值，α
k1
(s)和α
k2
(s)表示风机的第一和第二主导特征函数，ξ
k1
(s)和ξ
k2
(s)表示矩阵Z
wk
+λ
k
L的第一和第二主导特征函数，L表示复平面静止坐标系的线路变换矩阵，Z
wk
表示第k个风电机组的阻抗矩阵。5.根据权利要求1所述的适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶方法，其特征在于，所述主导风机以外的所有风电机组子系统的阻抗降阶模型为H(s)＝Z
f
(s)＝m0+m1s+m2s2其中，H(s)表示传递函数，Z
f
(s)表示主导风机以外的所有风电机组子系统的降阶阻抗，m0、m1、m2分别表示由换流器控制环节积分系数、PLL控制参数、风机输出功率构成的系数，s表示复变量。6.一种适用于大型风电场动态稳定性分析的降阶系统，其特征在于，包括：网络阻抗方程确定模块，用于确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘崇茹，王瑾媛，李剑泽，苏晨博，侯延琦，陈晓刚，董浩云，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：