一种基于风电场内风速分布特性的等值建模方法技术

本发明专利技术涉及一种基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，包括以下步骤：采集目标风电场的拓扑结构；根据地形状况对场内的风机进行分组，每个组内包含多个机群；对每个机群建立简化的机械模型；建立整个风场的等效单机电气模型，包括绕线转子异步发电机状态空间模型，定子侧直接连接等效的单元变压器，转子侧接等效的背靠背变流器；以及设定直流母线电压的设定值与单台机相同，电网侧与转子侧的脉冲宽度调制控制策略以等效的受控电压源代替，建立等效变流器模型。所述建模方法能够更好的满足实际应用的要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，包括以下步骤：采集目标风电场的拓扑结构；根据地形状况对场内的风机进行分组，每个组内包含多个机群；对每个机群建立简化的机械模型；建立整个风场的等效单机电气模型，包括绕线转子异步发电机状态空间模型，定子侧直接连接等效的单元变压器，转子侧接等效的背靠背变流器；以及设定直流母线电压的设定值与单台机相同，电网侧与转子侧的脉冲宽度调制控制策略以等效的受控电压源代替，建立等效变流器模型。所述建模方法能够更好的满足实际应用的要求。【专利说明】—种基于风电场内风速分布特性的等值建模方法
本专利技术属于电力系统仿真领域。尤其涉及。
技术介绍
近年来，风力发电技术取得了许多重要进展，国内许多大型风力发电厂纷纷并网发电。在建立风电场以及投入运行后，需要利用数值仿真软件计算风电并网后的潮流分布特性以及系统稳定性变化等，因此风电场的准确、有效建模显得尤为重要。在大型风电并网的仿真中，若对每台双馈风电机组及其控制系统进行详细建模，将极大增加仿真的复杂度，从而限制了仿真的有效性和快速性。另一方面，在实际的生产中又规定风电场应及时提供双馈风电机组、各变压器以及输电线路的模型和参数，以作为发电领域中并网规划设计与电力系统分析的重要基础。因此需要建立充分考虑风电机械特性、风力机惯量特征以及控制器性能，同时又兼顾模型复杂度的等值模型。然而，对于大型风电场，由于尾流效应以及风电场内双馈风电机组的位置不同，各机组的风速分布基本上是不均匀的，各发电机组的运行点可能相差较大，现有建模方法一般很难精确考虑上述各因素，因而使得现有的风电场等值建模方法中风电场等值精度差、等值难度高，在精度上和规范化标准上仍然没有达到实用的要求。
技术实现思路
综上所述，确有必要提供一种能够提高风电场精度、降低等值难度的风电场的等值建模方法。，包括以下步骤:采集目标风电场的拓扑结构；根据地形状况对场内的风机进行分组，每个组内包含多个机群；对每个机群建立简化的机械模型；建立整个风场的等效单机电气模型，包括绕线转子异步发电机状态空间模型，定子侧直接连接等效的单元变压器，转子侧接等效的背靠背变流器；以及设定直流母线电压的设定值与单台机相同，电网侧与转子侧的脉冲宽度调制控制策略以等效的受控电压源代替，建立等效变流器模型。本专利技术所提供的风电场内风速分布特性的等值建模方法，根据地形状况首先对风机进行分组，同时将直流母线电压的设定值设定为与单台机相同，从而简化了电气模型，能够同时兼顾计算精度和计算规模的要求，能够更好的满足实际应用的要求。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术提供的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法的流程图。图2为本专利技术提供的仿真风电场外部连接形式与内部单元布局。图3为本专利技术提供的机群机械模型仿真原理图。图4为本专利技术提供的各控制器框图(a:有功功率控制b:无功功率控制c:桨距角控制)。图5为本专利技术提供的单台机详细模型仿真框图。图6为本专利技术提供的多机群机械模型与风场单机电气模型接口示意图。图7为本专利技术提供的简化变流器仿真原理图。图8为本专利技术提供的单台机、机群、单台机等值模型与等值集电线路关系示意图。图9为本专利技术实施例提供的2台机静态仿真结果(a:风速-有功功率b:等值模型与详细模型的误差)。图10为本专利技术实施例提供的的恒功率因数无功控制静态仿真结果(a:风速-有功功率b:575V母线电压c:25kV母线电压)。图11为本专利技术实施例提供的恒电压无功控制静态仿真结果(a:风速-有功功率b:575V母线电压c:25kV母线电压)。图12为本专利技术实施例提供的恒功率因数无功控制时对实际风速序列的时域响应(a:实际采集的风速序列b:有功功率c:无功功率)。图13为本专利技术实施例提供的恒电压无功控制时对实际风速序列的时域响应(a:有功功率b:无功功率)。图14为本专利技术实施例提供的风场对电网侧电压闪变的动态响应波形(a:有功功率b:无功功率c:575V与25kV母线电压)。【具体实施方式】下面根据说明书附图并结合具体实施例对本专利技术的技术方案进一步详细表述。本申请中，所述“机群”指的是经过同调等值后的一群风电机组，每一个机群对外只呈现该群机组的机械特性；“单台机”指的是实际中每一个独立的发电单元，即一台风力机与一台发电机；“风场的单机电气等值模型”或“单机等值模型”指的是整个风场与电网之间用一个单台机的等效电路与控制参数进行耦合后的接口 ；假定每个风电场内的机组为同一型号的风机，且控制方式、控制参数完全相同。请参阅图1，图1为本专利技术提供的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法的流程图，包括以下步骤: 步骤S10，采集目标风电场的拓扑结构； 步骤S20，根据地形状况对场内的风机进行分组，每个组内包含多个机群； 步骤S30，对每个机群建立简化的多机模型； 步骤S40，建立整个风场的等效单机电气模型；以及 步骤S50，建立等效变流器模型。在步骤SlO中，所述风电场的拓扑结构包括集电线路长度、集电线路分布参数、联络变压器参数、单元变压器参数、转子机械参数、发电机电气参数、控制参数、风力气动模型参数、变流器参数等。在步骤S20中，对于平原地区或者海上风电场，可以简单地按照下风口方向的顺序进行编组；对于山地风电场，可以按照风速分布、地理位置和海拔高度的不同进行编组，如相同的风速编为一组，或相同的地理位置可编为一组，或相同的海拔编为一组。由于每个组内的机群都忽略了电气部分的建模，因此分组数目可以较多，从而较为精确体现风场的外特性。作为具体的实施例，请一并参阅图2所述风电场，所述风电场可包括两种分类方法。第一种分类方法:按照每台机组划分为9个机群；第二种分类方法:按照下风口方向划分为3个机群，即每一列组成一个机群，每个机群包含I个发电机模型。需要注意，对于第二种分类方法，需要按照能量等值的方法得到该机群内的等效风速，具体方法为:在机群内的风机风速差别不大的前提下，假定该机群内各台风机(η台)的风速为U1, ιν..ιιη，则风能中包含的最大可利用能量Pttrtal为:【权利要求】1.，包括以下步骤: 步骤S10，采集目标风电场的拓扑结构； 步骤S20，根据地形状况对场内的风机进行分组，每个组内包含多个机群； 步骤S30，对每个机群建立简化的机械模型； 步骤S40，建立整个风场的等效单机电气模型，包括绕线转子异步发电机状态空间模型，定子侧直接连接等效的单元变压器，转子侧接等效的背靠背变流器；以及 步骤S50，设定直流母线电压的设定值与单台机相同，电网侧与转子侧的脉冲宽度调制控制策略以等效的受控电压源代替，建立等效变流器模型。2.如权利要求1所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，所述风电场的拓扑结构包括集电线路长度、集电线路分布参数、联络变压器参数、单元变压器参数、转子机械参数、发电机电气参数、控制参数、风力气动模型参数、变流器参数。3.如权利要求1所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，对于平原地区或者海上风电场，按照下风口方向的顺序进行编组。4.如权利要求1所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，对于山地风电场，按照风速分布、地理位置和海拔高度的不同进行编组。5.如权利要求4所述的基于风电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，包括以下步骤：步骤S10，采集目标风电场的拓扑结构；步骤S20，根据地形状况对场内的风机进行分组，每个组内包含多个机群；步骤S30，对每个机群建立简化的机械模型；步骤S40，建立整个风场的等效单机电气模型，包括绕线转子异步发电机状态空间模型，定子侧直接连接等效的单元变压器，转子侧接等效的背靠背变流器；以及步骤S50，设定直流母线电压的设定值与单台机相同，电网侧与转子侧的脉冲宽度调制控制策略以等效的受控电压源代替，建立等效变流器模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁宗相，贺惠民，阮佳阳，吴涛，乔颖，李善颖，
申请(专利权)人：清华大学，国家电网公司，华北电力科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：