海上风电场的稳态分析方法及系统技术方案

本申请提出了一种海上风电场的稳态分析方法及系统，该方法包括：根据海上风电场中全功率变换风电机组的稳态工作特性，将每个风电机组等效为恒定电流源，并计算每个恒定电流源的等值电流相量；基于海上风电场的集电线路的拓扑结构和线路参数，以及同一汇集母线下的每个风电机组的等值电流相量，将集电线路中的每个汇集母线等效为由等效电流源和等效阻抗并联的等值模型；根据全部的汇集母线对应的等值模型生成海上风电场的等值计算模型，并通过等值计算模型进行电力系统的潮流计算，获得海上风电场的多个参数的稳态分析结果。该方法可适用于大规模海上风电场的稳态分析计算，提高了稳态分析计算的准确性。稳态分析计算的准确性。稳态分析计算的准确性。

【技术实现步骤摘要】
海上风电场的稳态分析方法及系统


[0001]本申请涉及新能源发电
，尤其涉及一种海上风电场的稳态分析方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，为了降低碳排放和缓解能源压力，新能源发电的普及率正逐渐提高，其中，风力发电是主要的新能源发电技术之一。在实际应用中，为了维护风电场的正常运行，便于大型电力系统的分析计算，需要对风电场进行稳态分析。其中，风电场的稳态分析主要指风电场在电力系统中的潮流计算，而在分析计算过程中为了降低系统建模求解规模，需要使用静态等值模型代替风电场的机组和集电系统。
[0003]相关技术中，在进行潮流计算时，通常是将风电机组视为PQ节点，考虑风电机组出口变压器和集电线路的阻抗。然后利用损耗不变原则构建风电场静态等值模型，即将风电机组等值为一台机组，将集电线路等值为等效阻抗。该方案假设所有风电机组具有同样的功率因数，并忽略各机组的机端电压差异。
[0004]然而，在实际应用中，由于风电场风速分布不均，且集电系统的拓扑结构与理想假设条件有显著差异，上述基于PQ节点的等值建模稳态分析方案的计算结果容易出现误差，不适用于大型风电场。并且，由于海上风电机组所采用的汇集线路与陆上风电常存在较大差异等原因，上述相关技术中的方案对海上风电场进行稳态分析的计算结果的误差将进一步加大。
[0005]因此，如何获得准确的大规模海上风电场电力系统的稳态分析结果，成为目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0007]为此，本申请的第一个目的在于提出一种海上风电场的稳态分析方法，该方法考虑了不同海上风电场的集电线路的拓扑结构和参数对稳态分析的影响，可适用于大规模海上风电场的稳态分析计算，提高了稳态分析计算的准确性。
[0008]本申请的第二个目的在于提出一种海上风电场的稳态分析系统。
[0009]本申请的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
[0010]为达上述目的，本申请的第一方面实施例在于提出一种海上风电场的稳态分析方法，该方法包括以下步骤：
[0011]根据海上风电场中全功率变换风电机组的稳态工作特性，将每个风电机组等效为恒定电流源，并计算每个所述恒定电流源的等值电流相量；
[0012]基于所述海上风电场的集电线路的拓扑结构和线路参数，以及同一汇集母线下的每个风电机组的所述等值电流相量，将所述集电线路中的每个汇集母线等效为由等效电流源和等效阻抗并联的等值模型；
[0013]根据全部的汇集母线对应的等值模型生成所述海上风电场的等值计算模型，并通过所述等值计算模型进行电力系统的潮流计算，获得所述海上风电场的多个参数的稳态分析结果。
[0014]可选地，在本申请的一个实施例中，集电线路的拓扑结构，包括：放射型集电拓扑和星型集电拓扑，所述将所述集电线路中的每个汇集母线等效为等效电流源和等效阻抗并联的等值模型，包括：对于所述放射型集电拓扑的海上风电场，构建任一汇集母线中的每个风电机组对应的单台机组等值阻抗模型；对所述任一汇集母线中的首个风电机组对应的单台机组等值阻抗模型进行诺顿等值，获得所述首个风电机组对应的初始诺顿等值电路，并根据所述线路参数和所述首个风电机组的等值电流相量，计算所述初始诺顿等值电路的参数值；基于所述初始诺顿等值电路，按照所述任一汇集母线中各个风电机组的顺序，对所述任一汇集母线中剩余的风电机组进行逐级诺顿等值，直至获得所述任一汇集母线中的末尾风电机组对应的诺顿等值电路；将所述末尾风电机组对应的诺顿等值电路作为所述任一汇集母线对应的等值模型。
[0015]可选地，在本申请的一个实施例中，对所述任一汇集母线中剩余的风电机组进行逐级诺顿等值，包括：从所述初始诺顿等值电路开始，将当前风电机组对应的诺顿等值电路，与母线中相邻的下一个风电机组对应的单台机组等值阻抗模型进行组合，生成所述下一个风电机组对应的复合等值阻抗模型；对所述复合等值阻抗模型进行诺顿等值，生成所述下一个风电机组对应的诺顿等值电路，并根据所述复合等值阻抗模型的参数值，计算所述下一个风电机组对应的诺顿等值电路的参数值。
[0016]可选地，在本申请的一个实施例中，将所述集电线路中的每个汇集母线等效为等效电流源和等效阻抗并联的等值模型，还包括：对于所述星型集电拓扑的海上风电场，构建任一汇集母线中的每个风电机组对应的单台机组等值阻抗模型；对每个所述单台机组等值阻抗模型进行诺顿等值，将所述单台机组等值阻抗模型等效为由初始电流源和初始阻抗并联的初始诺顿值电路，并根据所述线路参数和每个风电机组的所述等值电流相量，分别计算每个风电机组对应的初始诺顿等值电路的参数值；将并联的全部初始诺顿等值电路等效为任一汇集母线对应的诺顿等值电路，并根据每个所述初始诺顿等值电路的参数值，计算任一汇集母线对应的诺顿等值电路的参数值。
[0017]可选地，在本申请的一个实施例中，单台机组等值阻抗模型，包括：所述恒定电流源、机端变压器的等值电阻、机端变压器的等值电抗、目标电缆的电阻、目标电缆的电抗和目标电缆两侧的对地电纳，其中，所述恒定电流源的第一端接地，所述恒定电流源的第二端与所述机端变压器的等值电阻的第一端相连；所述机端变压器的等值电阻的第二端与所述机端变压器的等值电抗的第一端相连，所述机端变压器的等值电抗的第二端，与所述目标电缆的左侧对地电纳的第一端和所述目标电缆的电阻的第一端相连；所述目标电缆的左侧对地电纳的第二端接地，所述目标电缆的电阻的第二端与所述目标电缆的电抗的第一端相连；所述目标电缆的电抗的第二端与所述目标电缆的右侧对地电纳的第一端相连，所述目标电缆的右侧对地电纳的第二端接地。
[0018]可选地，在本申请的一个实施例中，通过以下公式计算每个所述恒定电流源的所述等值电流相量：
[0019][0020]其中，I
i
是第i台风电机组的等值电流相量，I
d，i
是第i台风电机组的有功分量，I
q，i
是第i台风电机组的无功分量，I
max，i
是第i台风电机组变流器的最大电流限值，θ
i
是功率因数角，i表示海上风电场中的任一风电机组。
[0021]为达上述目的，本申请的第二方面实施例还提出了一种海上风电场的稳态分析系统，包括以下模块：
[0022]第一等效模块，用于根据海上风电场中全功率变换风电机组的稳态工作特性，将每个风电机组等效为恒定电流源，并计算每个所述恒定电流源的等值电流相量；
[0023]第二等效模块，用于基于所述海上风电场的集电线路的拓扑结构和线路参数，以及同一汇集母线下的每个风电机组的所述等值电流相量，将所述集电线路中的每个汇集母线等效为由等效电流源和等效阻抗并联的等值模型；
[0024]计算模块，用于根据全部的汇集母线对应的等值模型生成所述海上风电场的等值计算模型，并通过所述等值计算模型进行电力系统的潮流计算，获得所述海上风电场的多个参数的稳态分析结果。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电场的稳态分析方法，其特征在于，包括以下步骤：根据海上风电场中全功率变换风电机组的稳态工作特性，将每个风电机组等效为恒定电流源，并计算每个所述恒定电流源的等值电流相量；基于所述海上风电场的集电线路的拓扑结构和线路参数，以及同一汇集母线下的每个风电机组的所述等值电流相量，将所述集电线路中的每个汇集母线等效为由等效电流源和等效阻抗并联的等值模型；根据全部的汇集母线对应的等值模型生成所述海上风电场的等值计算模型，并通过所述等值计算模型进行电力系统的潮流计算，获得所述海上风电场的多个参数的稳态分析结果。2.根据权利要求1所述的海上风电场的稳态分析方法，其特征在于，所述集电线路的拓扑结构，包括：放射型集电拓扑和星型集电拓扑，所述将所述集电线路中的每个汇集母线等效为等效电流源和等效阻抗并联的等值模型，包括：对于所述放射型集电拓扑的海上风电场，构建任一汇集母线中的每个风电机组对应的单台机组等值阻抗模型；对所述任一汇集母线中的首个风电机组对应的单台机组等值阻抗模型进行诺顿等值，获得所述首个风电机组对应的初始诺顿等值电路，并根据所述线路参数和所述首个风电机组的等值电流相量，计算所述初始诺顿等值电路的参数值；基于所述初始诺顿等值电路，按照所述任一汇集母线中各个风电机组的顺序，对所述任一汇集母线中剩余的风电机组进行逐级诺顿等值，直至获得所述任一汇集母线中的末尾风电机组对应的诺顿等值电路；将所述末尾风电机组对应的诺顿等值电路作为所述任一汇集母线对应的等值模型。3.根据权利要求2所述的海上风电场的稳态分析方法，其特征在于，所述对所述任一汇集母线中剩余的风电机组进行逐级诺顿等值，包括：从所述初始诺顿等值电路开始，将当前风电机组对应的诺顿等值电路，与母线中相邻的下一个风电机组对应的单台机组等值阻抗模型进行组合，生成所述下一个风电机组对应的复合等值阻抗模型；对所述复合等值阻抗模型进行诺顿等值，生成所述下一个风电机组对应的诺顿等值电路，并根据所述复合等值阻抗模型的参数值，计算所述下一个风电机组对应的诺顿等值电路的参数值。4.根据权利要求2所述的海上风电场的稳态分析方法，其特征在于，所述将所述集电线路中的每个汇集母线等效为等效电流源和等效阻抗并联的等值模型，还包括：对于所述星型集电拓扑的海上风电场，构建任一汇集母线中的每个风电机组对应的单台机组等值阻抗模型；对每个所述单台机组等值阻抗模型进行诺顿等值，将所述单台机组等值阻抗模型等效为由初始电流源和初始阻抗并联的初始诺顿值电路，并根据所述线路参数和每个风电机组的所述等值电流相量，分别计算每个风电机组对应的初始诺顿等值电路的参数值；将并联的全部初始诺顿等值电路等效为任一汇集母线对应的诺顿等值电路，并根据每个所述初始诺顿等值电路的参数值，计算任一汇集母线对应的诺顿等值电路的参数值。5.根据权利要求2或4所述的海上风电场的稳态分析方法，其特征在于，所述单台机组
等值阻抗模型，包括：所述恒定电流源、机端变压器的等值电阻、机端变压器的等值电抗、目标电缆的电阻、目标电缆的电抗和目标电缆两侧的对地电纳，其中，所述恒定电流源的第一端接地，所述恒定电流源的第二端与所述机端变压器的等值电阻的第一端相连；所述机端变压...

【专利技术属性】
技术研发人员：田立亭，牛晨晖，陈正华，郭小江，申旭辉，顾健威，严祺慧，章卓雨，李冬，曾煜君，王磊，郑益，
申请(专利权)人：盛东如东海上风力发电有限责任公司华能国际电力江苏能源开发有限公司华能国际电力江苏能源开发有限公司清洁能源分公司，
类型：发明
国别省市：