考虑阻抗特性及同步机制的双馈风电场站的多机等值方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑阻抗特性及同步机制的双馈风电场站的多机等值方法，其步骤包括：1、建立基于虚拟同步机制的双馈风电单机并网系统数学模型，通过数学模型推导得出单机系统小扰动阻抗分析模型；2、利用双馈风电单机系统小扰动阻抗模型分析不同参数改变情况下的系统阻抗特性；3、根据双馈风电单机阻抗分析结果，提出基于虚拟同步机制的双馈风电场站的多机等值方法。本发明专利技术利用多台等值机组对双馈风电场站进行等效代替能够兼顾精度与效率，从而能为双馈风电场站系统并网运行与维护提供参考。考。考。

【技术实现步骤摘要】
考虑阻抗特性及同步机制的双馈风电场站的多机等值方法


[0001]本专利技术属于电力系统稳定分析领域，具体涉及一种考虑阻抗特性及同步机制的双馈风电场站多机等值方法。

技术介绍

[0002]随着风电等新能源机组并网，我国电力系统逐步成为新能源为主体的新型电力系统，双馈机组因为低成本造价，高可靠性等优势在风力机组中占主导地位。在传统电网中，同步机作为系统的主要惯量来源，但随着新能源的比重提升，同步机的比例相应降低，新型电力系统出现惯量不足等问题。大多数风机并网采用锁相环同步机制，该机制下的双馈风电机组并不能像同步机一样响应频率变动，对系统无法提供支撑，在系统出现大功率缺失时易出现频率失稳造成系统崩溃等问题。
[0003]由于双馈风电机组在发电功率方面远小于同步机，在实际中双馈风电场站往往有数十上百台机组，对其进行稳定性分析需建立场站模型。对场站内每台机组都进行详细建模会非常困难，而对场站分群等值后再进行建模仿真，则能有效完成分析工作。分群等值即将场站用一台或几台机组来等效代替，保持等值前后特性相近。传统单机等值没有考虑到同步机制等因素，存在等值精度低及误差大等问题，在目前工程中已经落后。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种考虑阻抗特性及同步机制的双馈风电场站的多机等值方法，以期对电力系统提供惯量支撑，准确把握风电系统的阻抗特性及影响稳定性的因素，以实现场站的实用化分析，从而给未来新型电力系统下的新能源场站稳定性分析提供重要的科研和工程应用价值。
>[0005]本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种考虑阻抗特性及同步机制的双馈风电场站的多机等值方法的特点在于，包括如下步骤：
[0007]步骤1、建立基于虚拟同步机制的双馈风电单机并网系统的数学模型：
[0008]步骤1.1、采用虚拟同步机制模拟同步发电机的工作过程，得到转子运动方程以及无功电压方程，并用于对双馈风电单机系统的有功、无功功率进行控制；
[0009]步骤1.2、只考虑转子侧变流器对双馈风电单机并网系统的影响，忽略网侧变流器对双馈风电单机并网系统的影响，从而建立基于虚拟同步机制下转子侧换流器的控制模型；
[0010]步骤1.3、对双馈风电单机并网系统中的感应电机、输电线路进行建模，从而与所述控制模型一起构成完整的系统模型；
[0011]步骤2、建立双馈风电单机并网系统的小扰动阻抗模型并进行阻抗分析：
[0012]步骤2.1、在完整的系统模型上，确定各个状态变量的平衡点，并在平衡点处注入小扰动信号，从而分别得到感应电机、虚拟同步机制、电压外环与电流内环的开环阻抗模
型；
[0013]步骤2.2、根据各个开环阻抗模型之间的内在联系，获得基于虚拟同步机制的双馈风电单机并网系统在dq旋转坐标系下的阻抗模型；
[0014]步骤2.3、通过阻抗转化理论将dq旋转坐标系下的阻抗模型转化成abc静止坐标系下的正负序阻抗模型；
[0015]步骤2.4、根据双馈风电单机并网系统中的电网阻抗，建立电网阻抗模型；
[0016]步骤2.5、依次改变虚拟同步机制中的虚拟惯量系数、阻尼系数以及电网阻抗参数，分别得到双馈风电单机并网系统的正序阻抗幅频曲线和相频特性曲线以及电网阻抗模型的正序阻抗幅频曲线和相频特性曲线；
[0017]步骤2.6、根据双馈风电单机并网系统的正序阻抗幅频曲线与电网阻抗模型的正序阻抗幅频曲线之间的关系，双馈风电单机并网系统的相频特性曲线与电网阻抗模型的相频特性曲线之间的关系，利用稳定性判据分析不同参数对双馈风电单机并网系统稳定性的影响，得到双馈风电单机并网系统的阻抗分析结果；
[0018]步骤3、选取分群指标并获取其数据：
[0019]步骤3.1、根据双馈风电单机并网系统的阻抗分析结果，将各台双馈风电机组的虚拟惯量系数、阻尼系数、风速以及各台双馈风电机组与并网点之间的距离作为场站多机等值分群指标；
[0020]步骤3.2、查询风电场站设计方案获得各台双馈风电机组与并网点之间的距离；
[0021]步骤3.3、利用风机上的测风仪获取各台双馈风电机组的风速数据；
[0022]步骤3.4、基于实测数据，利用辨识算法对完整的系统模型进行处理，获得各台双馈风电机组的虚拟惯量系数以及阻尼系数；
[0023]步骤4、双馈风电场站的多机等值分析：
[0024]步骤4.1、对采集到的双馈风电场站内各机组的分群指标数据进行标准化并滤除异常数据，得到预处理后的分群指标数据；
[0025]步骤4.2、利用手肘法获取场站的最佳分群数K；
[0026]步骤4.3、根据最佳分群数K以及预处理后的分群指标数据，随机选取聚类中心，并利用K
‑
means算法对聚类中心进行不断迭代，获得双馈风电场站内双馈风电机群的划分结果以及各双馈风电机群的最优聚类中心；
[0027]步骤4.4、根据双馈风电场站的划分结果，将划分结果中的每个聚类作为一台等值机组，并计算每台等值机组的参数，从而利用K台等值机组对双馈风电场站进行等效，完成双馈风电场站的多机等值。
[0028]本专利技术一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述多机等值方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
[0029]本专利技术一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述多机等值方法的步骤。
[0030]与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：
[0031]1、本专利技术利用虚拟同步机制对双馈风电系统进行并网控制，虚拟同步机制模拟同步机工作，能够对电力系统提供相应的惯量支撑，防止了系统低惯量出现失稳等问题。
[0032]2、本专利技术使用小扰动阻抗模型对双馈风电系统进行分析，获得了基于同步机制的双馈风电系统的阻抗特性情况，了解了各种参数对风电稳定系统稳定性的影响，为场站等值分群指标提供理论支持。
[0033]3、本专利技术单机系统的阻抗分析结果确定分群指标，利用辨识算法等方法获取数据并利用聚类将场站用多台机组等效代替，等值兼顾效率及精度，在工程上适用性更高。
附图说明
[0034]图1为本专利技术中采用的虚拟同步机制原理框图；
[0035]图2为本专利技术中机组转子侧变流器控制系统框图；
[0036]图3为本专利技术中双馈风电单机并网系统的小扰动阻抗模型；
[0037]图4为本专利技术中双馈风电场站系统拓扑结构图；
[0038]图5为本专利技术实例中三类场站模型有功功率局部放大对比分析图；
[0039]图6为本专利技术实例中三类场站模型无功功率局部放大对比分析图。
具体实施方式
[0040]本实施例中，一种考虑阻抗特性及同步机制的双馈风电场站多机等值方法是按以下步骤进行：
[0041]步骤1、建立基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑阻抗特性及同步机制的双馈风电场站的多机等值方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、建立基于虚拟同步机制的双馈风电单机并网系统的数学模型：步骤1.1、采用虚拟同步机制模拟同步发电机的工作过程，得到转子运动方程以及无功电压方程，并用于对双馈风电单机系统的有功、无功功率进行控制；步骤1.2、只考虑转子侧变流器对双馈风电单机并网系统的影响，忽略网侧变流器对双馈风电单机并网系统的影响，从而建立基于虚拟同步机制下转子侧换流器的控制模型；步骤1.3、对双馈风电单机并网系统中的感应电机、输电线路进行建模，从而与所述控制模型一起构成完整的系统模型；步骤2、建立双馈风电单机并网系统的小扰动阻抗模型并进行阻抗分析：步骤2.1、在完整的系统模型上，确定各个状态变量的平衡点，并在平衡点处注入小扰动信号，从而分别得到感应电机、虚拟同步机制、电压外环与电流内环的开环阻抗模型；步骤2.2、根据各个开环阻抗模型之间的内在联系，获得基于虚拟同步机制的双馈风电单机并网系统在dq旋转坐标系下的阻抗模型；步骤2.3、通过阻抗转化理论将dq旋转坐标系下的阻抗模型转化成abc静止坐标系下的正负序阻抗模型；步骤2.4、根据双馈风电单机并网系统中的电网阻抗，建立电网阻抗模型；步骤2.5、依次改变虚拟同步机制中的虚拟惯量系数、阻尼系数以及电网阻抗参数，分别得到双馈风电单机并网系统的正序阻抗幅频曲线和相频特性曲线以及电网阻抗模型的正序阻抗幅频曲线和相频特性曲线；步骤2.6、根据双馈风电单机并网系统的正序阻抗幅频曲线与电网阻抗模型的正序阻抗幅频曲线之间的关系，双馈风电单机并网系统的相频特性曲线与电网阻抗模型的相频特性曲线之间的关系，利用稳定性判据分析不同参数对双馈风...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪英红，马伟，杨娴，李金中，徐晨，谢毓广，潘丽珠，程石，须琳，韩平平，郭翔，汪宗强，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：