[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

本發明公開了一種風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，包括：首先建立風電機組的系統模型；然后在完整保留機械動態相關部分的基礎上對風電機組的系統模型進行簡化，得到一個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的模型；接著求取風電機組機械簡化模型的關鍵參數；隨后建立除風電以外的電力系統的通用頻率響應模型；最后，通過連接風電機組的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。通過本發明的方法可顯著提高MATLAB軟件下進行風電參與電網頻率分析的效率，并可以準確模擬風電頻率支撐對大規模電力系統的影響，對于促進風電參與電網頻率支撐技術的進步具有重要促進作用。

技術領域

本發明屬于電力系統仿真分析領域，特別涉及一種風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法。

背景技術

近年來，隨著電力系統電源成分、網架結構和負荷特性的不斷變化，系統頻率穩定問題逐漸凸顯。比如，2017年7月2日華東電網發生過因特高壓直流閉鎖導致頻率跌至49.9Hz以下的事故。2019年8月9日英格蘭和威爾士電網發生的大停電事故中頻率最低跌至48.8Hz。這一系列事件引起了電力工作者對于頻率穩定問題的廣泛關注。新能源發電已經是電網中一類重要的電源，在2018年頒布的行業標準《電力系統網源協調技術規范》中對新能源發電參與頻率支撐提出了明確要求。風電通常采用集中并網形式且具有較好的調頻潛力，因此其參與頻率支撐被寄予厚望。

MATLAB是控制策略研究和參數優化研究中廣泛使用的一款仿真軟件。在風電控制研究中，目前常以MATLAB軟件提供的“DFIG Average Model”作為雙饋感應風力發電機組(DFIG風電機組)的系統模型。但是，在用MATLAB軟件進行風電參與電網頻率支撐的研究時存在兩個顯著不足：(1)基于現有的系統模型難以構建大規模電力系統的仿真模型，不利于評判控制策略對大系統的影響；(2)控制器中的積分環節往往需要設置很小的仿真步長才能確保整個模型順利運行，導致復雜模型的運行速度極慢，嚴重降低了仿真效率。

上述問題的存在使得在MATLAB軟件下進行的風電參與電網頻率支撐的研究一直停留在單臺風電機組或風電場單機聚合模型對小規模電力系統的研究水平上，既限制了風電頻率支撐控制研究的深入，也難以驗證控制策略在大規模電力系統中應用的效果。本發明提出了一種風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，可以極大地提高MATLAB軟件下進行風電參與電網頻率支撐研究的效率，并可以準確模擬風電頻率支撐對大規模電力系統的影響，對于促進風電參與電網頻率支撐技術的進步具有重要促進作用。

發明內容

本發明目的在于提供一種風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，能夠極大地提高MATLAB軟件下進行風電參與電網頻率支撐研究的效率，并可以準確模擬風電頻率支撐對大規模電力系統的影響，對于促進風電參與電網頻率支撐技術的進步具有重要促進作用。

為實現上述目的，本發明提供了一種風電參與電網頻率支撐的快速仿真模型的構建方法，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(含頻率支撐控制模塊)、變流器模型、機側變流控制器模型和網側變流控制器模型等七個部分。

進一步，風電機組的系統模型可使用仿真軟件中自帶的系統模型，或者應根據廠家提供的參數建立系統模型。

步驟2、在完整保留機械動態相關部分的基礎上對風電機組的系統模型進行簡化。

進一步，具體的簡化過程包括：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；風力機模型、變槳及轉速控制器模型不進行簡化。