[發明專利]風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法

在審

• 申請號: 202111532571.6
• 申請日: 2021-12-15
• 公開（公告）號: CN114421490A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 彭琰;金宇清;馬駿超;黃小俊;王晨旭;孫黎霞;羅華峰;鞠平;沈楊臻
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司電力科學研究院;河海大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松;王菊花

1.一種風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、建立風電機組的系統模型，系統模型具體包括風力機模型、兩質塊軸系模型、雙饋感應發電機模型、變槳及轉速控制器模型、變流器模型、機側變流控制器模型和網側變流控制器模型七個部分，其中變槳及轉速控制器模型包含頻率支撐控制模塊；

步驟2、在完整保留機械動態相關部分的條件下，對風電機組的系統模型進行簡化，獲得風電機組機械簡化模型；

步驟3、獲取風電機組機械簡化模型的關鍵參數；

步驟4、建立去除風電的電力系統的通用頻率響應模型，所述通用頻率響應模型是一個傳遞函數，記為G_SFR(s)，表示電力系統功率缺額與系統頻率變化之間的關系，通過功率擾動和系統頻率變化過程來辨識；

步驟5、連接風電機組機械簡化模型和電力系統的通用頻率響應模型，得到風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型。

2.根據權利要求1所述的風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，其特征在于：所述步驟2中，對風電機組的系統模型進行簡化，包括：

將兩質塊軸系模型簡化為單質塊軸系模型；

保留雙饋感應發電機模型中的轉子運動方程而忽略所有電氣方程；

使用一個有功功率計算系數K_AP替代變流器、機側變流控制器模型和網側變流控制器模型的作用；并且

風力機模型、變槳及轉速控制器模型保持原模型，不進行簡化。

3.根據權利要求1所述的風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，其特征在于：所述步驟2中，最終得到的風電機組簡化模型為：以風速和電力系統頻率為輸入量，以風電機組有功功率為輸出量。

4.根據權利要求1所述的風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，其特征在于：在所述步驟3中，獲取風電機組機械簡化模型的關鍵參數，包括：求取替代變流器、機側變流控制器模型和網側變流控制器模型作用的有功功率計算系數K_AP，是根據風電機組機械簡化模型的有功功率數值與系統模型的有功功率數值一致來辨識的。

5.根據權利要求1所述的風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，其特征在于：在所述步驟4中，建立的電力系統通用頻率響應模型，不包括風電本身的頻率支撐控制，是在屏蔽或退出電力系統中所有風電的頻率支撐控制之后，通過系統的功率缺額和頻率變化之間的關系辨識得到的。

6.根據權利要求1所述的風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，其特征在于：在所述步驟5中，連接單臺風電機組簡化模型與電力系統通用頻率響應模型的具體方法為：

設置電力系統通用頻率響應模型G_SFR(s)的輸出為頻率變化量Δf，Δf和電力系統的穩態頻率f₀相加得到系統頻率f，f被輸入到風電機組的簡化模型中；

以風電機組機械簡化模型輸出的有功功率P_e減去其穩態值P₀，得到風電機組有功功率支撐量ΔP_DFIG；ΔP_DFIG與電力系統功率缺額ΔP_d之和作為G_SFR(s)的輸入量。

7.根據權利要求1所述的風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，其特征在于：在所述步驟5中，連接含N臺風電機組的風電場與電力系統通用頻率響應模型的具體方法為：

忽略電場內部的集電網絡，然后將根據G_SFR(s)輸出量Δf計算出的系統頻率f作為N個風電機組簡化模型的共同輸入量；N個風電機組簡化模型的輸入風速單獨設定；

以N個風電機組簡化模型的總輸出功率(P_e1+P_e2+…+P_eN)與風電場總有功功率的穩態值P_Σ0相減，得到風電場有功功率的支撐量ΔP_WF；ΔP_WF與電力系統功率缺額ΔP_d之和作為G_SFR(s)的輸入量。

8.根據權利要求1所述的風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，其特征在于：在所述步驟5中，連接風電機組簡化模型和電力系統通用頻率響應模型時所需的風電機組簡化模型有功功率穩態值P₀或風電場總有功功率穩態值P_Σ0，均是在電力系統額定頻率和設定風速下通過仿真得到的。