适用于故障穿越分析的海上风电场等值方法和装置制造方法及图纸

本申请提出了一种适用于故障穿越分析的海上风电场等值方法，包括：根据海上风电场现有数据确定故障前工况；进而计算故障前轮毂风速、网侧变流器故障前状态；根据故障前工况和状态计算故障时刻电压相量；根据电压相量判断各机组桨距角控制策略、无功输出优先策略是否启动，并计算启动前者的机组的机械转矩变化过程；计算故障期间各机组直流电压变化情况，进而判断chopper电路是否动作；分别将启动、未启动chopper电路的机组等值为第一、二机组，将启动无功输出优先策略的机组等值为STATCOM；计算第一、二机组的等值容量、阻抗和STATCOM的参考电流、等值阻抗。采用上述方案的本发明专利技术满足了海上风电场故障穿越研究中对于各种工况的分析要求。分析要求。分析要求。

【技术实现步骤摘要】
适用于故障穿越分析的海上风电场等值方法和装置


[0001]本申请涉及新能源发电
，尤其涉及适用于故障穿越分析的海上风电场等值方法和装置。

技术介绍

[0002]目前海上风电正处于快速发展阶段，相比陆上风电，海上风电在土地开发、风能利用、就近消纳等方面具有显著的优势。由于海上风况的复杂和多变性，大规模海上风电的接入对电网潮流和安全稳定控制提出了要求。在海上风电规划与运行阶段，高度依赖仿真的准确性，以对海上风电场的并网性能进行评估，并掌握其与电网的交互影响，从而对系统运行控制策略及故障恢复策略提供参考依据。
[0003]海上风电多采用直驱风电机组，风电场的故障穿越特性与各机组在故障前的出力、风速、距离并网点的距离、直流卸荷电路的动作策略等因素密切相关。对于直驱风电场的等值方法可分为单机等值和多机等值两类。其中，传统的单机等值方法仅基于集电线路的等效，忽略了各机组控制保护动作、穿越，对存在较大误差，难以对风电场的故障穿越特性进行准确描述。多机等值依据一定的特征因子对风电机组进行聚类，分类为若干机群，并对每一组集群用加权等值的方法等效为一台风电机组。多机等值方法一定程度提升了风电场的建模准确性。但其在聚合过程中特征因子的选择与风电场在故障过程中各机组的实际响应过程的影响因子并不完全一致，使得该方法存在缺陷，导致等值模型无法满足风电场故障穿越研究中对于各种工况的分析要求。
[0004]由于故障前状态以及距离故障点电气距离不同，即使具有相同的电气和控制参数，各风电机组的故障穿越过程不尽相同，现有单机或多机等值方法均未考虑风电机组在故障穿越过程中时间响应上的差异。海上风电单机容量大、运行工况复杂，各风电机组在故障穿越前出力工况不一致，故障穿越响应过程差异大，现有风电场等值方法无法适应海上风电场故障穿越仿真分析需求。

技术实现思路

[0005]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。
[0006]为此，本申请的第一个目的在于提出一种适用于故障穿越分析的海上风电场等值方法，解决了现有方法无法适应海上风电场故障穿越仿真分析需求的技术问题，满足了风电场故障穿越研究中对于各种工况的分析要求。
[0007]本申请的第二个目的在于提出一种计算机设备。
[0008]为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种适用于故障穿越分析的海上风电场等值方法，包括：根据海上风电场历史数据和基本电气参数，确定故障前工况；根据所述故障前工况计算各机组故障前轮毂风速，并根据所述故障前轮毂风速计算各机组网侧变流器故障前状态；根据所述故障前工况和所述故障前状态计算故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量，并根据所述电压相量计算各机组故障时输出的有功功率和无功
功率；根据故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量判断各机组的桨距角控制策略是否启动，并计算启动桨距控制的机组的机械转矩变化过程；根据故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量、各机组故障时输出的有功功率和无功功率和启动桨距控制的机组的机械转矩变化过程计算故障期间各机组的直流电压变化情况，并根据直流电压变化情况判断各机组chopper电路是否动作；根据故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量判断各机组是否启动无功输出优先策略；将启动chopper电路的机组等值为第一风电机组，将未启动chopper电路的机组等值为第二风电机组，将启动无功输出优先策略的机组等值为STATCOM；计算第一风电机组、第二风电机组的等值容量和等值阻抗，并计算STATCOM的参考电流和等值阻抗。
[0009]本申请实施例的适用于故障穿越分析的海上风电场等值方法，针对海上风电场的故障穿越特性分析，依据各直驱型风电机组在故障前的状态差异及控制保护策略过程差异，提出有功、无功解耦的海上风电场的等值建模方法，可应用于海上风电场的机电暂态仿真，适应多种故障工况分析需求，提升海上风电场故障穿越仿真分析的准确性。
[0010]可选地，在本申请的一个实施例中，故障前工况包括风速、PCC点故障电压相量、故障持续时间，根据海上风电场历史数据和基本电气参数，确定故障前工况，包括：
[0011]获得风电场发电历史数据；
[0012]将海上风电测风塔风速数据从风电机组的切入风速到风电机组的切出风速按照预设区间进行划分，获得各机组轮毂风速分布与测风塔风速的统计关系；
[0013]设定故障时刻PCC点故障电压相量和故障持续时间。
[0014]可选地，在本申请的一个实施例中，根据故障前工况计算各机组故障前轮毂风速，并根据故障前轮毂风速计算各机组网侧变流器故障前状态，包括：
[0015]根据各机组轮毂风速分布与测风塔风速的统计关系计算故障前海上测风塔风速；
[0016]根据各风电机组故障前海上测风塔风速计算各风电机组的故障前轮毂风速；
[0017]根据各风电机组的故障前轮毂风速和机组的风速
‑
功率曲线，获得各风电机组的故障前有功功率；
[0018]根据各风电机组的故障前有功功率和预设的各风电机组的功率因数，计算各风电机组的故障前无功功率；
[0019]根据各风电机组的故障前有功功率、故障前无功功率获得故障前升压变电站并网点的线电压、有功功率和无功功率，并获得故障前各风电机组变流器输出端的电流相量、电压相量。
[0020]可选地，在本申请的一个实施例中，根据故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量判断各机组的桨距角控制策略是否启动，并计算启动桨距控制的机组的机械转矩变化过程，包括：
[0021]根据故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量判断各机组是否达到故障穿越下桨距角控制阈值，若达到阈值，判断机组启动桨距角控制策略；
[0022]计算启动桨距角控制策略的机组的机械转矩变化过程，其中，机械转矩变化过程表示为：
[0023][0024]其中，表示机组i的初始输入机械功率，t表示时刻t，t
pitch
表示桨距角控制滞后响应时间，τ
pitch
表示桨距角控制时间常数。
[0025]可选地，在本申请的一个实施例中，各机组故障期间的直流母线电压表示为：
[0026][0027][0028]其中，表示机组it时刻直流母线电压，C表示直流母线并联电容，表示机组i输入电网有功功率，表示机组i网侧变流器端电压d轴分量，表示网侧变流器输出电流的d轴分量，表示机组i机侧变流器输出功率，表示机组i同步发电机发电时间，表示机组i同步发电机转速；
[0029]据故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量、各机组故障时输出的有功功率和无功功率和启动桨距控制的机组的机械转矩变化过程计算故障期间各机组的直流电压变化情况，并根据直流电压变化情况判断各机组chopper电路是否动作，包括：
[0030]根据各机组故障期间的直流母线电压计算各机组故障期间的直流电压变化情况，并根据直流电压变化情况判断判断各机组在故障期间是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于故障穿越分析的海上风电场等值方法，其特征在于，包括以下步骤：根据海上风电场历史数据和基本电气参数，确定故障前工况；根据所述故障前工况计算各机组故障前轮毂风速，并根据所述故障前轮毂风速计算各机组网侧变流器故障前状态；根据所述故障前工况和所述故障前状态计算故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量，并根据所述电压相量计算各机组故障时输出的有功功率和无功功率；根据所述故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量判断各机组的桨距角控制策略是否启动，并计算启动桨距控制的机组的机械转矩变化过程；根据所述故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量、所述各机组故障时输出的有功功率和无功功率和所述启动桨距控制的机组的机械转矩变化过程计算故障期间各机组的直流电压变化情况，并根据所述直流电压变化情况判断各机组chopper电路是否动作；根据所述故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量判断各机组是否启动无功输出优先策略；将启动chopper电路的机组等值为第一风电机组，将未启动chopper电路的机组等值为第二风电机组，将启动无功输出优先策略的机组等值为STATCOM；计算所述第一风电机组、所述第二风电机组的等值容量和等值阻抗，并计算所述STATCOM的参考电流和等值阻抗。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障前工况包括风速、PCC点故障电压相量、故障持续时间，所述根据海上风电场历史数据和基本电气参数，确定故障前工况，包括：获得风电场发电历史数据；将海上风电测风塔风速数据从风电机组的切入风速到风电机组的切出风速按照预设区间进行划分，获得各机组轮毂风速分布与测风塔风速的统计关系；设定故障时刻PCC点故障电压相量和故障持续时间。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述故障前工况计算各机组故障前轮毂风速，并根据所述故障前轮毂风速计算各机组网侧变流器故障前状态，包括：根据所述各机组轮毂风速分布与测风塔风速的统计关系计算故障前海上测风塔风速；根据各风电机组故障前海上测风塔风速计算各风电机组的故障前轮毂风速；根据所述各风电机组的故障前轮毂风速和机组的风速
‑
功率曲线，获得各风电机组的故障前有功功率；根据所述各风电机组的故障前有功功率和预设的各风电机组的功率因数，计算各风电机组的故障前无功功率；根据所述各风电机组的故障前有功功率、故障前无功功率获得故障前升压变电站并网点的线电压、有功功率和无功功率，并获得故障前各风电机组变流器输出端的电流相量、电压相量。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量判断各机组的桨距角控制策略是否启动，并计算启动桨距控制的机组的机械转矩变化过程，包括：根据所述故障时刻各风电机组网侧变流器输出端口的电压相量判断各机组是否达到
故障穿越下桨距角控制阈值，若达到阈值，判断机组启动桨距角控制策略；计算启动桨距角控制策略的机组的机械转矩变化过程，其中，所述机械转矩变化过程表示为：其中，表示机组i...

【专利技术属性】
技术研发人员：田立亭，杭兆峰，王有超，申旭辉，郭小江，周小兵，孙栩，陈怡静，胡皓，李鑫鑫，章卓雨，陶羽，周菲菲，于慧敏，
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：