[發明專利]一種適用于次同步振蕩分析的直驅式風電場分群方法

在審

• 申請號: 202010593125.5
• 申請日: 2020-06-26
• 公開（公告）號: CN111737919A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 舒進;袁賽軍;都勁松;楊俊;馬驍驊;馬晉輝;蔣成文;李曉博;賈明祥;馬瑞瑞
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司;華能集團技術創新中心有限公司
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06K9/62;G06F113/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

1.一種適用于次同步振蕩分析的直驅式風電場分群方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：輸入直驅式風場參數

獲取直驅式風電場并網電壓V，以及每臺直驅式風機的以下參數：風機當前輸出工頻電流I、鎖相環PI參數K_p，K_i、電流內環PI參數K_pi，K_ii、逆變器出口濾波電感L；

步驟2：建立直驅式風電場外阻抗解析模型

當直驅風機運行在單位功率因數模式時，外阻抗解析模型如下所示；

式中：Z(s)是外阻抗模型；ω₁是工頻電流的角頻率；s和j是數學中復數運算的基本變量；H_i(s-jω₁)＝K_pi+K_ii/(s-jω₁)是電流內環PI調節器的傳遞函數；其中是鎖相環的傳遞函數；V是直驅式風電場并網電壓，I是風機當前輸出工頻電流，L是逆變器出口濾波電感；

設第k臺分群后的等值風機外阻抗解析模型為Z_k(s)，不計風電場內部連接網絡阻抗，則風電場外阻抗解析模型為各臺直驅風機外阻抗的并聯：

式中：Z_Σ(s)是風電場總外阻抗，n是風機臺數；

步驟3：分析直驅風電場外阻抗復雜度影響因素

考慮到式(1)關于工頻ω₁對稱，故對其進行位移變換，令s′＝s-jω₁，變換后忽略上標并展開可得：

從式(3)看出，由于輸出電流I只出現在分母，這意味著在按照(2)式計算風場聚合阻抗時，風速的差異不會增加聚合阻抗的階數，因此，與輸出電流相關的風速不應該成為風機分群指標；控制參數[K_p,K_i,K_ip,K_ii]和等效濾波電感L則會影響聚合阻抗的復雜度；

步驟4：直驅風機外阻抗靈敏度分析

為了針對上述5個參數確定分群指標，即兩臺風機認為“具有相同的某參數”的量化指標，對Z(s)進行參數靈敏度分析，定義歸一化靈敏度：

式中：為風機阻抗Z相對于參數x的歸一化靈敏度；

結果表明，各參數中鎖相環的控制參數K_i、K_p對外阻抗特性影響比較顯著；而電流內環控制參數K_ii、K_ip的影響較小；濾波電感L影響在此等值研究頻段內可以忽略不計，且經過進一步推導，鎖相環兩個參數的靈敏度滿足相位差始終為-90度；

步驟5：直驅式風場分群

根據靈敏度分析結果，兩臺不同的風機阻抗的歸一化幅值之差為：

式中：分別是風機阻抗相對于鎖相環比例、積分參數的靈敏度；

不論參數差的正負以及靈敏度的相頻特性，ΔZ/Z總會落在由式(5)限制的阻抗圓內，選取|ΔZ/Z|作為分群指標；

當風場控制中心能夠獲取風場內所有風機的控制參數后，提取出鎖相環PI參數，然后經過K-means算法將風機分成數機群，在分群時，應盡量使得單個機群內大多數風機的鎖相環參數K_i、K_p分布在參數區間的中心，單個等值機群中歸一化阻抗幅值差|ΔZ/Z|不大于5％，減小閾值可以進一步提高等值精度。