兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風電場動態(tài)等值技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種兼顧風場分散性與機組差異 性的風電場動態(tài)等值方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著大型、超大型風電場或場群持續(xù)不斷的接入電網(wǎng)，風電已成為電力系統(tǒng)的重 要組成部分?？紤]風電的隨機性，波動性將顯著影響電力系統(tǒng)的動、暫態(tài)穩(wěn)定性，且異步運 行的風電機組需要從電網(wǎng)側(cè)吸收一定無功功率以建立磁場，因此當風電場并網(wǎng)點發(fā)生故障 時，系統(tǒng)側(cè)無功功率將會出現(xiàn)大幅缺額，乃至造成全網(wǎng)電壓崩潰。由此使得風電場對電網(wǎng)的 安全運行存在較大影響，研宄風電場的動態(tài)等值建模方法意義重大。
[0003] 在電力系統(tǒng)分析工具中對每臺風電機組進行詳細建模，不僅模型復(fù)雜、計算量大， 仿真速度也會受到較大影響，甚至還需對風機模型進行修正。為正確分析風電場與電力系 統(tǒng)的相互影響，需要有一種合適的動態(tài)等值建模方法。目前風電場動態(tài)等值建模方法研宄 可概括為以下兩類：
[0004] 第一類是單機等值法，即整個風電場等值為一臺機組，包括等值風速法、基于風速 差異性的等值法等。其中，等值風速法原理簡單，易于操作，但由于風電機組的輸入轉(zhuǎn)矩與 風速的三次方有關(guān)，該方法僅適用于風速差異較小的風電場。對于規(guī)模較大、地形復(fù)雜的風 電場，其分散性較大，風機處于不同運行點，在電網(wǎng)側(cè)故障情況下不同運行點的風機軸系動 態(tài)特性不同，單機模型難以準確反映整個風電場動態(tài)特性，而基于風速差異性等值法充分 考慮了風能的分散性，適用于風速差異性較明顯的風電場。但風電機組的運行點不能用風 速唯一表征，且隨風速的變化機組分群也會變化，此外，分群數(shù)亦會隨著風速差異性的增大 而增加。
[0005] 第二類是多機等值法，該類方法首先將機組以合適的分群標準進行分群，然后將 同群機組等值為一臺機組，以此使整個風電場可等值為幾臺機組，基于滑差同調(diào)的等值法 即為多機等值法?；诨钔{(diào)的等值法適合在含有多種風機的風電場，通常屬于同一種 類風力發(fā)電機的特征值是相等或相近的，可以被聚合為一臺等值機。但該方法忽略了風速 的分散性，在地形復(fù)雜、規(guī)模較大的風電場中應(yīng)用時準確性會受到影響。
[0006] 不難發(fā)現(xiàn)，上述等值建模方法的使用范圍較為單一，難以用在工況復(fù)雜的風電場 建模中，受限的主要原因是機組分群標準比較單一，甚至不分群，使得等值時難以保留風電 場完整的動態(tài)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種兼顧風場分散性與機組差異性 的風電場動態(tài)等值方法，該方法在充分考慮風電場分散特性與場內(nèi)機組特性差異兩方面因 素基礎(chǔ)上，提出了一種含有上述兩方面因素的分群標準，并以此分群標準為基礎(chǔ)，提出了改 進的風電場動態(tài)等值建模方法，可以在保證等值機臺數(shù)最小可控的前提下，實現(xiàn)對實際風 電場運行狀況（動態(tài)行為）最大程度的真實反應(yīng)。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，包括以下步驟：
[0010] (1)根據(jù)風電場分散特性與場內(nèi)風電機組差異特性兩種因素，確定風電場機組分 群標準；
[0011] ⑵按上述分群標準，分別將風電場機組分成不同的機群；
[0012] (3)根據(jù)風電場機組所述機群的不同，分別采用不同的尾流模型對風電場機群進 行等值建模；
[0013] (4)對等值模型進行等值機參數(shù)辨識，并對風電場內(nèi)部電網(wǎng)阻抗進行等值，得到風 電場的動態(tài)等值模型，實時反映風電場的實際運行狀況。
[0014] 所述步驟（1)中的風電場機組分群標準包括：
[0015] 1)計及風電場地形多樣性以及分散性的分群準則：根據(jù)風電場的地理地形分布， 將風電場分為平地機群、坡地機群類型；
[0016] 2)計及場內(nèi)機組特性差異的分群準則：根據(jù)風電場內(nèi)機組的實際構(gòu)成情況，按不 同機組特性或不同機組類別，對風電場進行相應(yīng)的群等值。
[0017] 所述步驟（2)中采用不同的尾流模型對風電場機群進行等值建模的方法具體為：
[0018] 對于平地機群，采用Jensen尾流模型，并利用同調(diào)等值聚合方法對機組進行建 模，在平坦地形條件下尾流對風速的影響如下式所示：
[0019]
【主權(quán)項】
1. 一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，其特征是，包括以下步 驟： (1) 根據(jù)風電場分散特性與場內(nèi)風電機組差異特性兩種因素，確定風電場機組分群標 準； (2) 按上述分群標準，分別將風電場機組分成不同的機群； (3) 根據(jù)風電場機組所述機群的不同，分別采用不同的尾流模型對風電場機群進行等 值建模； (4) 對等值模型進行等值機參數(shù)辨識，并對風電場內(nèi)部電網(wǎng)阻抗進行等值，得到風電場 的動態(tài)等值模型，實時反映風電場的實際運行狀況。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，其 特征是，所述步驟（1)中的風電場機組分群標準包括： 1) 計及風電場地形多樣性以及分散性的分群準則：根據(jù)風電場的地理地形分布，將風 電場分為平地機群、坡地機群類型； 2) 計及場內(nèi)機組特性差異的分群準則：根據(jù)風電場內(nèi)機組的實際構(gòu)成情況，按不同機 組特性或不同機組類別，對風電場進行相應(yīng)的群等值。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，其 特征是，所述步驟（2)中采用不同的尾流模型對風電場機群進行等值建模的方法具體為： 對于平地機群，采用Jensen尾流模型，并利用同調(diào)等值聚合方法對機組進行建模，在 平坦地形條件下尾流對風速的影響如下式所示：
式中，Vtl, Vx分別為初始風速和受尾流影響的風速，R為風機葉輪半徑，X是沿著風速方 向兩臺風機間距離，Ct是風電機組的推力系數(shù)，k為尾流下降系數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，其 特征是，所述步驟（2)中采用不同的尾流模型對風電場機群進行等值建模的方法具體為： 對于坡地機群，受到高度變化影響，風速存在垂直切量變化，采用適用于復(fù)雜地形條件 下的Lissaman模型，其尾流對風速的影響如下式所示：
式中，Vtl, Vx分別為初始風速和受尾流影響的風速，a i為風速隨高度變化系數(shù)，h為風機 的塔筒高度；H為輸出矩陣； d為對應(yīng)的風速下降系數(shù)，
其中，R為風機葉輪半徑，X是沿著風速方向兩臺風機間距離，k為尾流下降系數(shù)；Cg 風電機組的推力系數(shù)。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，其 特征是，所述步驟（3)中采用不同的尾流模型對風電場機群進行等值建模的方法具體為： 對于雙饋風力發(fā)電機組，采用同調(diào)等值方法辨別機組是否同群，即在某一干擾下如果 多臺機組滑差變化曲線相似，則稱這幾臺機組為滑差同調(diào)，歸為同一機群，被聚合為一臺等 值機。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，其 特征是，所述步驟（4)中對等值模型進行等值機參數(shù)辨識的方法具體為： 所述步驟（4)中對等值模型進行等值機參數(shù)辨識的方法具體為： a) 將風電場真實的運行系統(tǒng)和風電場機組等值模型系統(tǒng)分別用線性化狀態(tài)方程表 示； b) 設(shè)擾動信號為d，測量原型系統(tǒng)輸出量Y ; c) 在同一擾動下，測量等值系統(tǒng)的輸出量Y(a)，誤差e = Y_Y(a); d) 通過反復(fù)更新參數(shù)向量a，直到誤差e滿足設(shè)定精度，得到參數(shù)a的最優(yōu)估計值。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，其 特征是，所述步驟a)的具體方法為： 風電場真實的運行系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：
式中，X為系統(tǒng)狀態(tài)量，Y為輸出量，d為人為擾動時間函數(shù)，A為系統(tǒng)矩陣，H為輸出矩 陣； 風電場機組等值模型系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：
式中，a為等值模型系統(tǒng)的參數(shù)，爾a)、i(a)和/'/(a)分別為參數(shù)向量a的系統(tǒng)矩 陣函數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)量函數(shù)和輸出矩陣函數(shù)。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，其 特征是，所述步驟（4)中內(nèi)部電網(wǎng)等值阻抗的求解步驟如下： 計算沿風電場內(nèi)電網(wǎng)的集電線路電壓降A(chǔ)Ui; 由權(quán)重法求得平均電壓降A(chǔ)U ; 根據(jù)風電場內(nèi)電網(wǎng)的集電線路等值電路電壓降，得到內(nèi)電網(wǎng)的等值阻抗。
9. 如權(quán)利要求8所述的一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，其 特征是，風電場內(nèi)電網(wǎng)的集電線路采用串聯(lián)型連接方式時，所述沿風電場內(nèi)電網(wǎng)的集電線 路電壓降A(chǔ)U i具體為：
其中，AUg為i-1段線路電壓降、P ti為i段至n段線路的傳輸功率、Z i為第i段線路 阻抗、Ui為第i段線路電壓；
10. 如權(quán)利要求8所述的一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法， 其特征是，由權(quán)重法求得平均電壓降A(chǔ)U為：
根據(jù)風場內(nèi)電網(wǎng)的集電線路等值電路電壓降A(chǔ)U = 到內(nèi)電網(wǎng)的等值阻抗 Zeq^ ：
其中，Pti為i段至n段線路的傳輸功率、U i為第i段線路電壓、U N為線路額定電壓、P % 為等值網(wǎng)絡(luò)傳輸功率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兼顧風場分散性與機組差異性的風電場動態(tài)等值方法，包括：根據(jù)風電場分散特性與場內(nèi)風電機組差異特性兩種因素，確定風電場機組分群標準；按上述分群標準，分別將風電場機組分成不同的機群；根據(jù)風電場機組所述機群的不同，分別采用不同的尾流模型對風電場機群進行等值建模；對等值模型進行等值機參數(shù)辨識與風電場內(nèi)部電網(wǎng)阻抗等值；本發(fā)明有益效果：本發(fā)明所提等值方法在分群上更加合理，更能準確反映風電場在并網(wǎng)點處的動態(tài)響應(yīng)特性，本發(fā)明所建模型在并網(wǎng)點處動態(tài)特性更接近于真實風電場特性。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104820741
【申請?zhí)枴緾N201510205252
【發(fā)明人】王成福, 梁軍
【申請人】山東大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月24日