[發明專利]風光儲聯合發電系統的仿真等值方法

有效

• 申請號: 201110391936.8
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102541621A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 王皓懷;侯俊賢;孫華東;羅煦之;仲悟之;林偉芳;王毅;董毅峰
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 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，涉及潮流計算和機電暫態仿真中風光儲聯合發電系統的仿真等值方法。

背景技術

隨著國家新的能源戰略的發展，風電、光伏等新能源的開發得到了高度重視和大力支持，電網中風電、光伏的容量所占比例越來越高，影響越來越大。風電、光伏發電都具有隨機性、波動性和間歇性的特點，這兩種新能源的獨立發電特性和源網協調性與常規電源相比仍有較大的差別。但是，風能和太陽能具有較好的資源互補性，適合聯合發電，可實現資源互補。如果在風電場和光伏電站側配置動態響應特性好、壽命長、可靠性高的大規模電池儲能裝置，能更好地解決風、光等可再生能源發電的間歇性問題、提高源網協調能力，促進新能源的集約化開發和利用。國外已有成功的工程實例，我國也已開始了在河北張家口地區的國家風光儲輸示范工程建設。隨著風儲、光儲以及風光儲等聯合發電系統的不斷推廣應用，它們將對電網的規劃、運行等產生越來越大的影響。

風光儲聯合發電系統是由多臺單機容量較小的風、光、儲單元機組組成，若在潮流計算和機電暫態仿真中采用詳細模型的聯合發電系統(即每臺風、光、儲單機建模)，不僅模型復雜、規模龐大，而且計算時間長，不適合實際工程的應用。因此，迫切需要開發適合大型大力系統仿真的風光儲聯合發電系統的等值模型，作為新的電網規劃、運行分析的基礎，從而開展風光儲聯合發電系統并網對電力系統運行的影響問題研究，確保它們并網后電網的可靠運行。

現有技術方案

由于風光儲聯合發電系統在國內外屬于最近才出現的一種新型發電形式，因此在大型電力系統分析領域暫沒有一種成型的等值技術方案。相關的等值技術方案主要集中在風電場、光伏電站的等值技術方案上。在此主要以風電場的等值方法作為現有技術方案作相關的介紹。

風電場在潮流計算中的現有等值方法主要有兩種：PQ、PV簡化等值模型和RX模型。

(1)PQ、PV簡化模型的基本方法如下：PQ簡化模型法假設風電場功率因數為已知量，由，計算出無功功率，然后將風電場節點作為PQ節點。對于有交流勵磁能力的雙饋機和全變流直驅機來說，當工作在恒電壓控制方式下時，可以將該類風電場等效為具有一定無功限制的PV節點。

(2)RX模型的基本方法如下：將異步電機等值電路加入到靜態潮流分析模型中把異步電機的滑差表示成機端電壓和有功功率的函數，給定初始滑差和風速，由異步機等值電路寫出異步機等值阻抗Z＝R+jX，將發電機視為阻抗型負荷加人潮流程序，得到風力發電機的電磁功率，另外由風速等信息計算出風力機的機械功率，根據2個功率之差值修正滑差，反復迭代，最終使風力機機械功率與發電機電磁功率相平衡。

風電場在機電暫態仿真中的現有等值方法主要采用簡單“倍乘”模型。其主要過程如下：

把風電場考慮成從同一節點并網的n臺一樣的風機，在機電暫態仿真中，微分方程計算時采用一臺風機的模型框圖計算其動態響應的過程，得到單臺風機的并網注入電流I_di和I_qi，再通過簡單的倍乘方法等值得到風電場的并網注入電流I_d和I_q(其中I_d＝n*I_di和I_q＝n*I_qi)，最后經過機網變換參與網絡代數方程的計算，完成一次迭代過程。

現有技術方案的缺點

(1)潮流計算中的PQ、PV簡化等值模型認為風電場的功率因數與單臺風電機組的功率因數相同，并未考慮風電場內部集電系統的影響，當風電場規模較大時可能帶來較大計算誤差。

(2)潮流計算中的RX等值模型的迭代過程是分2步完成：常規潮流迭代計算和異步發電機的滑差迭代計算，總迭代次數多，收斂速度慢，實用性較差。另，RX模型較適用于傳統的感應異步發電機組，但對國內主要應用的雙饋、直驅機組適應能力較差，因此工程實用性、推廣性較差。

(3)機電暫態仿真中的簡單“倍乘”等值模型假定風電場的所有風機都處于同一個運行工況。但在工程實際運行中所有風機不可能時刻都保持在同一運行工況下，如風電場由于尾流效應、陣風等因素的影響，所有風機不可能時刻都運行在同一個運行工況。各風機的動態特性會因處于不同的運行工況而有所不同。因此，簡單的倍乘等值方法會出現一定的誤差。

發明內容