一种大规模风电集中接入电网的风电场等值建模方法技术

本发明专利技术公开一种大规模风电集中接入电网的风电场等值建模方法，具体涉及一种大规模风电集中接入电网的风电场等值建模方法。基于接入电网的各风电场并网点之间的电气距离、场内风电机组拓扑分布、机型和控制模式，采用同调机群识别聚类方法来确定同调风电机群，将一个同调风电机群等值为一个风电机组，采用加权等效参数聚合方法求出等值风电机组各项动态电气参数，根据静态等值理论近似等效为等值机串接等值阻抗形式，并求出相关的静态参数，基于得到的风电场等值形式在ＰＳＤ－ＢＰＡ仿真平台中开发实现风电场等值模型。本方案解决了现有技术中风电场等值建模问题，为电网运行方式分析以及调度控制提供了风电并网仿真工具。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种电力系统仿真建模领域，具体涉及一种大规模风电集中接入电网 的风电场等值建模方法。
技术介绍
为了实现低碳、环保、绿色以及可持续发展的宏伟能源战略，我国近几年大力发展 可再生能源，针对可再生能源出台了一系列的标准和政策，在国家层面上给予强有力支持， 可再生能源得到了长足发展。尤其是风电，在我国三北等地区风电场规划、建设以及并网运 行等一系列的项目都正在开展。我国风电呈现“以大规模集中接入、远距离输送、大范围消 纳”为主，“以大规模分散接入，就地消纳”为辅的特点，大容量集中接入、远距离输送以及风 电电源本身的出力、控制特性等都决定了风电并网会对电网运行产生较大影响，且这种影 响具有不同于常规电源的特殊性。在酒泉、吉林等地区已并网的风电对电网安全稳定运行 的影响已经凸显，且随着并网规模、容量的加大，这种影响将进一步加剧，尤其是在不久将 来以酒泉地区为代表的若干千万千瓦级风电基地的并网运行。迫切需要研究风电的特性， 明确并网后对电网运行特性的影响，千万千瓦级风电基地集中接入在国际上属首创，没有 任何经验可以借鉴，这就要求我国自主研发风电接入电网分析与控制的核心技术。研究风电接入电网的分析与控制需基于良好的仿真分析工具来完成。我国常用的 PSD-BPA和PSASP等软件中已建立了典型风电机组的静态和动态模型，通过此仿真分析工 具能初步掌握风电机组并网后对电网静态特性以及暂态功角稳定影响。在工程实际中，风 电并网对电网的影响更多是从“场”角度体现，即若干台“机”集聚后对电网的综合效应。以 较大主流单机容量1. 5MW为例，如酒泉地区千万千万级风电基地，将有近6667台风电机组， 如分析对电网影响时每台机组都要建立详细的静态、动态模型以及风电场内部每台机组详 细的接线方式都要仿真建模，这将是巨大的工作量，不但对于运行人员来说维护极不方便， 且对于研究并网影响来说这也是没有必要的。
技术实现思路
针对现有技术中大规模风电并网分析需要风电场等值方法及合理性有待检验、或 实现不方便等不足的问题，本专利技术提供一种实用的等值方法，将若干台风电机组集聚并具 有详细接线形式的场模型等效为风电场等值模型，本方案使等值前后风电场对电网的影响 趋于一致，且程序实现以及维护方便，具体方案如下一种大规模风电集中接入电网的风电 场等值建模方法，其特征在于，基于接入电网的各风电场并网点之间的电气距离、风电场内 各个风电机组的拓扑分布、风电机组的类型和风电机组的控制模式，进行以下步骤A、采用同调机群识别聚类方法来确定并网风电场内所有风电机组的同调风电机 群；B、将一个同调风电机群等值为一个风电机组，采用加权等效参数聚合方法求出等 值风电机组各项动态电气参数；3C、根据电网络静态等值理论对同调风电机群以及相应的电气接线进行近似等效， 简化为以等值机串接等效阻抗并入电网的静态等效形式，并求出相关的静态参数；D、基于得到的风电场等值形式以及相应的动态、静态参数，在PSD-BPA仿真平台 中开发实现风电场等值模型。本专利技术的另一优选方案所述步骤A同调机群识别聚类方法为(1)、首先按风电场与并网点之间电气距离划分初步同调风电机群；(2)、在上步划分的基础上，根据风电机组类型以及风电机组电气控制模式对初步 同调风电机群再次划分；(3)、在上步划分的基础上，根据风电场内拓扑接线形式对得到的同调风电机群再 划分，得到最终同调风电机群分类。本专利技术的另一优选方案所述步骤B中的电气参数包括惯性时间常数、阻尼系 数、定子电阻/电抗、转子电阻/电抗、激磁电抗、初始运行滑差参数以及风电机组电气控制 系统参数，所述电气参数利用加权等效参数聚合方法求取。本专利技术的另一优选方案所述步骤C的风电场静态等值方法为(1)首先设所有风电机组注入集电线路的电流幅值和相位相等；(2)其次根据并联电容器组的补偿或者按照风电机组出力惯例，将风电机组的功 率因数定为1 ；(3)然后进行静态等值，静态等值包括以下步骤1)、等值机的容量为同调机群各个风电机组容量之和；2)、求出同调风电机群内部各分段集电线路的损耗，将各分损耗值相加得到集电 线路总损耗；3)、求出等值机串接等效阻抗形式的等效阻抗的损耗；4)、利用2、3两步所得损耗值相等的关系，推导出集电线路等值阻抗和等值并联 电纳；5)、基于2、3上述集电线路等值阻抗推导原理，利用变压器实际损耗与等值接线 的损耗相等的关系，推出等值变压器的阻抗。本专利技术的另一优选方案所述步骤D中的仿真平台采用PSD-BPA仿真平台。本专利技术提出的等值建模方法综合考虑风电场并网点电气距离以及场内风电机组 拓扑分布、类型和控制模式等相关信息，运用实用同调风电机群识别聚类方法来确定同调 风电机群；采用加权等效的参数聚合方法求取等值机的动态参数，以电网络静态等值理论 为基础求取风电场静态等值模型，在PSD-BPA仿真平台中集成开发了此风电场等值模型， 本方案解决了现有技术中风电场并入电网时各种影响、故障的仿真，并为电网运行方式以 及调度中心提供用于风电并网分析提供了方便。附图说明图1为风电场等值建模流程图。图2风电场中实际接线形式图3风电场接线形式的等值模型图4风电场中各风电机组和单元变压器接线形式图5风电场中变压器接线等形式图6详细风电场和无穷大母线连接的简单系统图7详细风电场和西北主网连接的复杂系统图8不同风电出力时风电场等值与详细风电场模型SVC补偿容量对比(接入西北 网)图9不同风电出力时风电场等值与详细风电场模型的并网点无功对比(接入西北 网)图10去掉SVC后，风电不同出力时风电场等值与详细风电场模型的并网点无功对 比(接入西北网)图11风电不同出力时风电场等值与详细风电场模型的并网点有功对比(接入西 北网)图12并网点三相短路，风电场等值与详细风电场模型的并网线路有功变化对比 (接入西北网)图13并网点三相短路，风电场等值与详细风电场模型的安康IJ发电机功角变化 对比，参考机为靖远5J (接入西北网)图14并网点三相短路，风电场等值与详细风电场模型的并网点(PCC)电压变化对 比(接入西北网)图15嘉酒-金昌三相短路，风电场等值与详细风电场模型的并网线路无功变化对 比(接入西北网)图16嘉酒-金昌三相短路，风电场等值与详细风电场模型的并网线路有功变化对 比(接入西北网)图17嘉酒-金昌三相短路，风电场等值与详细风电场模型的并网点(PCC)电压变 化情况对比(接入西北网)图18嘉酒_金昌三相短路，风电场等值与详细风电场模型的安康IJ发电机功角 变化对比，参考机为靖远5J (接入西北网)具体实施例方式本专利技术所说的同调机群即为系统受到扰动后具有相近动态特性的某些发电机，本 专利技术认为综合并网点之间电气距离、风电机组类型、控制模式以及风电机组拓扑分布等信 息可以决定机群的同调性。如图1所示，针对电网内并网的多个风电场，根据电网内各风电 场并网点之间的电气距离、风电场内各个机组的拓扑分布、风电机组的类型、风电机组的有 功/无功等控制模式，采用同调机群识别聚类方法来确定并网风电场内所有风电机组的同 调风电机群。首先确定各信息的权重，采用按层次递归推进的归类方法将风电场内的所有 风电机组进行同调风电机群识别，其中优先考虑风电场并网点之间电气距离信息，计算各 个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大规模风电集中接入电网的风电场等值建模方法，其特征在于，基于接入电网的各风电场并网点之间的电气距离、风电场内各个风电机组的拓扑分布、风电机组的类型和风电机组的控制模式，进行以下步骤：Ａ、采用同调机群识别聚类方法来确定并网风电场内所有风电机组的同调风电机群；Ｂ、将一个同调风电机群等值为一个风电机组，采用加权等效参数聚合方法求出等值风电机组各项动态电气参数；Ｃ、根据电网络静态等值理论对同调风电机群以及相应的电气接线进行近似等效，简化为以等值机串接等效阻抗并入电网的静态等效形式，并求出相关的静态参数；Ｄ、基于得到的风电场等值形式以及相应的动态、静态参数，在ＰＳＤ－ＢＰＡ仿真平台中开发实现风电场等值模型。

【技术特征摘要】
一种大规模风电集中接入电网的风电场等值建模方法，其特征在于，基于接入电网的各风电场并网点之间的电气距离、风电场内各个风电机组的拓扑分布、风电机组的类型和风电机组的控制模式，进行以下步骤A、采用同调机群识别聚类方法来确定并网风电场内所有风电机组的同调风电机群；B、将一个同调风电机群等值为一个风电机组，采用加权等效参数聚合方法求出等值风电机组各项动态电气参数；C、根据电网络静态等值理论对同调风电机群以及相应的电气接线进行近似等效，简化为以等值机串接等效阻抗并入电网的静态等效形式，并求出相关的静态参数；D、基于得到的风电场等值形式以及相应的动态、静态参数，在PSD-BPA仿真平台中开发实现风电场等值模型。2.如权利要求1所述的等值建模方法，其特征在于，所述步骤A同调机群识别聚类方法为(1)、首先按风电场与并网点之间电气距离划分初步同调风电机群；(2)、在上步划分的基础上，根据风电机组类型以及风电机组电气控制模式对初步同调 风电机群再次划分；(3)、在上步划分的基础上，根据风电场内拓扑接线形式对得到的同调风电机群再划 分，得到最终同调风电机群分类。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈得治，申洪，侯俊贤，辛拓，范越，张振宇，牛栓保，杨文宇，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，西北电网有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]