[發明專利]基于轉速分群的雙饋機組風電場等值建模系統及方法

有效

• 申請號: 201210211203.6
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102760191A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 張保會;王小立;郝治國;李光輝;劉志遠;溫靖華;王輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;寧夏回族自治區電力公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

1.一種基于轉速分群的雙饋機組風電場等值建模系統，其特征在于：包括依次連接的風機運行信息提取單元、機組分群單元以及等值機參數計算單元；所述風機運行信息提取單元實現從風場控制中心提取風場內部所有雙饋式風機的運行狀態信息；所述機組分群單元的功能是根據各風機的轉速信息將各機組分成若干個機群；所述等值機參數計算單元的功能是計算每個機群的等值機的參數，以此實現利用若干臺等值機等值整個風場電磁暫態過程的目的。

2.一種基于轉速分群的雙饋機組風電場等值建模方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：風機運行信息提取單元從風場控制中心提取所有待等值風機故障初始時刻的轉速、機械功率信息，用于后續計算；

步驟二：機組分群單元將故障初始時刻機組的轉速相近的機組劃分到同一機群，即同群的風機必須滿足式（1）所示的分群指標

|ω_i(0_)-ω_j(0_)|<ε????（1）

其中：ω_i(0_)和ω_j(0_)分別為第i臺和第j臺風機故障前的初始轉速，ε為單個機群內風機故障前最大轉速差的門檻值；

具體分群實現方法如下：

a.步驟一得到全部DFIG風機的轉速數據樣本集合為N，機組分群單元首先估計需要分成的機群數目K，并從N中選擇任意K個機組的轉速樣本作為初始聚類中心；

b.分別計算每個DFIG風機的轉速與各聚類中心的距離并將該DFIG風機歸類到距離其最近的聚類中心所在機群中；

c.計算當前每個機群的DFIG風機的轉速平均值a_i與準則函數E，計算公式如式（2）和式（3）；

ai=1NiΣξ∈gdξ---(2)]]>

E=Σi=1kΣξ∈gd|ξ-ai|2---(3)]]>

其中：a_i為第i個機群中DFIG風機轉速的平均值；

g_i為第i個機群中所有DFIG風機的轉速集合；

ξ為g_i中的轉速樣本；

N_i為第i個機群中機組的總數；

E為準則函數；

d.用a_i替代原來聚類中心，反復執行步驟b～d直到E收斂；

e.若計算出來的某一機群內任意兩個機組的轉速不滿足式（1），則增大機群數目K，重復執行步驟b～d；若都滿足，則分群結束；

步驟三：等值機參數計算單元采用基于容量加權的參數聚合方法，計算每一群等值為一臺雙饋機組的參數，從而得到風電場的被等值的多機電磁暫態等值模型，具體計算方法如下：

通過步驟二的得到某機群風機集合為M，其額定容量集合為S，其輸入機械功率標幺值的集合為P_m，則該機群的等值機的額定容量與折算到自身基值下的機械功率標幺值按下式（4）和式（5）計算

Se=Σi∈MSi---(4)]]>

Pme=Σi∈MSiSePmi=Σi∈mρiPmi---(5)]]>

其中：S_e為等值機的容量；

S_i為集合M中第i臺風機的容量；

P_me為等值機的機械功率標幺值；

P_mi為集合M中第i臺風機的機械功率標幺值；

ρ_i為集合M中第i臺風機容量所占的比值；

1)等值機轉子運動方程參數計算

a.轉子轉動慣量計算，計算公式如式（6）

Je==Σi∈MρiJi---(6)]]>

其中：J_e為等值機的轉子轉動慣量；

J_i為集合M中第i臺風機的轉子轉動慣量；

b.阻尼系數計算

忽略所有雙饋風電機組的轉子運動阻尼，得到等值機的阻尼，計算公式如式（7）

De=Σi∈M(SiSeDi)=Σi∈m(ρiDi)---(7)]]>

其中：D_e為等值機的阻尼系數；

D_i為集合M中第i臺風機的阻尼系數；

2)等值機阻抗參數計算

a.定轉子抗阻計算，計算公式如式（8）、（9）、（10）、（11）

Xsσe=b5a52+b52---(8)]]>

Rse=a5a52+b52---(9)]]>

Xrσe=brar2+br2---(10)]]>

Rre=arar2+br2---(11)]]>

其中：as=Σi∈MρiRsiRsi2+Xsσi2,]]>bs=Σi∈MρiXsσiRsi2+Xsσi2,]]>ar=Σi∈MρiRriRri2+Xrσi2,]]>br=Σi∈MρiXrσiRri2+Xrσi2;]]>

X_sσe、X_rσe、R_se、R_re分別為等值機定轉子電抗電阻；

X_sσi、X_rσi、R_si、R_ri分別為集合M中第i臺風機的定轉子電抗電阻；

b.等效互抗計算，計算公式如式（12）

Xme=1/Σi∈MρiXmi---(12)]]>

其中：X_me為等值機等效互抗；

X_mi為集合M中第i臺風機的等效互抗；

3)等值機變流器控制環節參數計算

a.變流器控制器內部采用標幺值系統，等值機選擇自身容量作為基值；

b.閉環PI控制器中比例積分環節參數按下式（13）計算；

Ce=(Σi∈MSiCi/(Σi∈MSi)=Σi∈MρiCi---(13)]]>

其中：C可以指代PI控制器中比例增益與積分時間常數；

4)等值機箱式變壓器參數計算

變壓器統一采用的Γ型簡化等效模型，忽略勵磁支路導納，等值機的箱式變壓器容量取集合M中所有風機的箱式變壓器容量之和，如式（14）

STe=Σi∈MSTi---(14)]]>

式中：S_Te為等值機的箱式變壓器容量；

S_Ti為集合M中第i臺風機的箱式變壓器容量；

阻抗參數計算如式（15）、（16）、（17）、（18）

XTe=bTaT2+bT2---(15)]]>

RTe=aTaT2+bT2---(16)]]>

BTeΣi=1nρTiBTi---(17)]]>

GTeΣi=1nρTiBTi---(18)]]>

其中：ρTi=STiSTe,]]>aT=Σi∈MρTiRTiRTi2+XTi2,]]>bT=Σi∈MρTiXTiRTi2+XTi2;]]>

X_Te、R_Te、B_Te、G_Te分別為等值機的箱式變壓器阻抗和勵磁支路導納；

X_Ti、R_Ti、B_Ti、G_Ti分別為集合M中第i臺風機的箱式變壓器阻抗和勵磁支路導納。