[發明專利]一種大型風電場電磁暫態仿真的等效聚合模擬方法

有效

• 申請號: 201010567717.6
• 申請日: 2010-12-01
• 公開（公告）號: CN102024079A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 鄭超;馬世英;宋云亭;雷虹云;丁劍;張志強;陳得治
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F03D7/00
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于電力系統領域，具體涉及一種大型風電場電磁暫態仿真的等效聚合模擬方法。

背景技術

隨著國家節能減排政策的深入實施，新能源特別是風能將會大規模的開發利用。與國外風電場分布式分散接入電網不同，我國風資源相對集中，東南沿海、甘肅北部、新疆北部、內蒙古以及黑龍江、吉林東北和河北北部等地區均為風資源密集區域，因此我國風電的開發和利用必將采用大規模、集約化開發，遠距離大容量外送的模式。在風資源密集的風電基地，通常依據地理位置形成若干大型風電場，各大型風電場則一般由型號相同且為數眾多的風電機組構成。這些大型風電場通過相鄰的或公用的變電站接入電網。

大型風電場有功出力的間歇性波動特性以及無功消耗伴隨特性，均會顯著影響風電場接入系統的電能質量和電壓水平；電網故障擾動下，大型風電場低電壓穿越能力對交流電網穩定運行具有重要影響；此外，與風電場并網點相同的高速、重載電鐵牽引站的沖擊負荷特性，對風電機組的可靠運行也將帶來不利的影響?？傊S著風電的開發利用，與大型風電場集中接入相關的研究逐漸成為熱點。

電力系統電磁暫態仿真是研究大型風電場對系統電能質量影響、不對稱運行狀態下風電場運行特性、風電場運行控制策略的有力工具，但受限于仿真計算規模與速度，大型風電場接入系統建模過程需要進行繁瑣數據處理。目前采用的方法主要有兩種，其一是將風電場采用單機或多機等值，為此需要根據風電場實際開機情況對風電機組、風機控制系統進行特定條件下的參數歸算；其二是采用額定容量的單機模擬整個風電場，并根據單極額定容量，對交流電網參數進行相應的歸算。以上兩種方法都不可避免要進行繁瑣的參數歸算，計算量大、效率低，且所建模型對風電場運行方式的適應性較差。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種大型風電場電磁暫態仿真的等效聚合模擬方法。根據電力系統電磁暫態仿真算法原理以及電機和控制系統的動態方程與電網絡代數方程求解算法特點，對風電機組型號及控制系統均相同的大型風電場，提出以單臺風電機組加受控理想電流源模擬大型風電場的動態特性的聚合模擬方法。

本發明的一種大型風電場電磁暫態仿真的等效聚合模擬方法，采用單臺風電機組加理想受控電流源模擬大型風電場的動態特性，包括以下步驟：

(1)采用電力系統電磁暫態仿真工具，針對機組組成形式相同各大型風電場，建立以單機容量為基準的原動機系統、風力發電機以及控制系統的詳細仿真模型，提取該機輸出至風電并網點的電流信號；

(2)將該電流信號放大N-1倍后，其中，N為自然數，作為風電并網點受控電流源電流輸出值；該模型可用于模擬具有N臺風電機組的大型風電場；若系統具有多個大型風電場，均可照此執行；

(3)建立交流電網模型，連接各大型風電場與交流電網，其中交流電網各元件參數均取為實際有名值，無需折算；

(4)大型風電場出力變化特性通過單臺風機的相關設置實現；風電場開機臺數的變化則直接可通過受控電流源電流放大系數N實現。

其中，進一步包括下面的詳細步驟：

(1)大規模風電場中單臺并網風電機組的詳細建模

采用電力系統電磁暫態仿真工具，針對由相同類型風電機組組成的大型風電場，建立單臺風電機組的詳細仿真模型，包括風功率系統、風力發電機以及控制系統的詳細仿真模型；

(2)風電場機組群聚合效應的并網點受控電流源模擬方法提取雙饋機組并網點線路的a、b、c三相電流信號i_wa、i_wb、i_wc，并將該電流信號放大N-1倍，其中N為與風電場風電臺數相對應的自然系數；在風電并網點接入理想的受控電流源，其a、b、c各相電流值即為電流放大后的數值，如下式所示：

i_ca＝(N-1)×i_wa

i_cb＝(N-1)×i_wb

i_cc＝(N-1)×i_wc

式中，i_wa、i_wb、i_wc與i_ca、i_cb、i_cc分別為風電并網點線路電流以及理想受控電流源電流；

利用該模型即可模擬具有N臺同類型風電機組的大型風電場；若系統具有多個大型風電場，均可照此一一模擬；

(3)風電場等效聚合模擬條件下的交流電網建模策略