[發明專利]基于風電機組3種運行區域的風電場模型聚合方法

在審

• 申請號: 201810202883.2
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108304681A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 陳武暉;王丹輝;湯海雁;于笑;李琰;遲永寧;田新首;劉超
• 申請（專利權）人: 江蘇大學;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06K9/62;G06Q50/06
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 馮燕平

本發明提出一種基于風電機組3種運行區域的風電場模型聚合方法。具體步驟為：根據所需建模的各個風電場的中風速的分布和風機的運行特性確定風機的運行區間，根據不同風速區間的控制策略對相關風電機組聚合，通過K?means算法將同一區間的風電機組聚合為單臺機組，同時計算風電機組及其出線端變壓器的等值參數。根據系統的接線方式，計算每個區間內的單臺機組對公共耦合點的阻抗；在所計算的等值阻抗的基礎上計算聚合后集電系統的等值阻抗；根據計算的風電機組等值參數，變壓器等值參數和集電系統等值參數建立其簡化模型。該發明應用于風電場次同步等值建模分析中，應用等值模型進行分析時，能減少時域仿真的計算量，縮短仿真時間，提高了分析效率。

技術領域

本發明屬于電力系統技術領域，涉及一種基于風電機組3種運行區域的風電場模型聚 合方法。

背景技術

由于我國的風能呈現逆向分布的特點，而采用串聯電容補償輸電技術是提高大規模、 遠距離風電輸送能力的有效措施。但是，大型風電基地通過串聯電容線路輸電存在次同步 振蕩威脅。面對復雜的大規模電力系統，建立全系統詳細電磁暫態模型進行實際工程研究， 無疑是理論上最為精確的方法。由于風機的詳細數學模型是多變量的微分方程組，其求解 過程復雜。且實際的風電場中通常包含數十乃至數百臺的風電機組，這使得風電場的詳細 建模導致‘維數災’的出現，影響計算分析速度和效率。

根據文獻《Probabilistic Stability Analysis of Subsynchronous Resonancefor Series- Compensated DFIG-based Wind Farms》，當風電場的內的不同位置的風電機組處于不同風速 運行條件下時，由于不同的風速區間內風電機組的控制策略不相同，其對外表現出的振蕩 阻尼特性亦不完全相同，其阻尼特性不能以一個統一的表達式表示，即不同的控制區間內 的機組不能較好的聚合。

據已有的參考文獻《Equivalencing the collector system of a large windpower plant》提出 了集電系統功率等值的思想，通過求解集電系統所消耗的有功和無功等值出集電系統的內 部阻抗。但該文獻提出的等值模型僅僅考慮了每臺風電機組出線端電流相同的情況，沒有 計及其電流幅值或相位不同的情況，缺乏更深程度的說明。文獻《Method of equivalencing for a large wind power plant with multiple turbinerepresentation》也是通過功率等值的思路求解其 集電系統的阻抗值，但在假設風電機組出線端電壓均相同的情況下，推導出線路電流不符 合實際，存在問題。

目前，還沒有一種方法可以計及電流幅值和相位的同時，考慮不同風速區間風機的控 制策略不同的聚合方式。

發明內容

為了解決以上不足，本發明將提出一種基于風電機組3種運行區域的風電場模型聚合 方法。本發明提出了一種適用于不同風速運行控制區間，同時考慮機組出線端電流幅值和 相位的適用于不同風速情況下次同步研究的風電場等值聚合方法。首先確定風電場內風機 的運行特性和風電場內每臺風機所捕獲的風速。然后在不同風速控制區間內用K-Means聚 類方法將不同位置編號的風機聚合，確定每臺機組的分組。在每個不同的分組之內，計算 相應的等值機組參數，通過功率等值方法計算求解集電系統的等值阻抗參數。最后根據所 求解出的等值相關參數和機組等值參數建立整個風電基地的簡化等值模型，并同時將該模 型與實際詳細模型在次同步振蕩下的模態阻尼和次同步振蕩頻率，驗證了等值模型的有效 性以及分析仿真的效率。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種適用于次同步研究的風電場等值建模方法，包括如下步驟：

步驟1，確定所選擇的風電場內風電機組的運行特性，即功率—轉速特性等，如附圖2 —3所示。通過其運行特性，設定不同的聚合區間。