一種考慮尾流效應(yīng)的風(fēng)電場并網(wǎng)穩(wěn)定性分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種考慮尾流效應(yīng)的風(fēng)電場并網(wǎng)穩(wěn)定性分析方法，該方法包括以下步驟：建立風(fēng)電場等值模型；構(gòu)建該風(fēng)電場的原始導(dǎo)納矩陣并對其進行變換；生成測試電網(wǎng)系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣；進行穩(wěn)定性分析。本發(fā)明方法能有效考慮風(fēng)電場運行中的實際問題，提高了大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)對電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性分析方法的準確性；此外，本發(fā)明方法很好處理了考慮尾流效應(yīng)的風(fēng)電場并網(wǎng)對電網(wǎng)特性的改變，為電網(wǎng)運行人員準確分析風(fēng)電波動性對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響提供了有效途徑。
【專利說明】一種考慮尾流效應(yīng)的風(fēng)電場并網(wǎng)穩(wěn)定性分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體講涉及一種大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)的小擾動穩(wěn)定性分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源短缺和環(huán)境污染是世界性問題，利用可再生清潔能源發(fā)電是解決這個問題的一個有效途徑。其中，風(fēng)電研究較為成熟，并已逐漸成為重要的發(fā)電方式。近年來，世界各國都在努力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，2012年底全球總裝機容量已經(jīng)達到282吉瓦。相比于傳統(tǒng)能源，風(fēng)電具有間歇、波動特性，大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)將會給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性帶來新的影響和挑戰(zhàn)。中國風(fēng)資源儲量豐富，陸地風(fēng)力資源估計可發(fā)電23.8億千瓦；5?20米水深線以內(nèi)近海區(qū)域、海平面以上50米高度海上風(fēng)電場可裝機容量約2億千瓦。其中，2012年新增風(fēng)電機組7872臺，新增裝機容量12960兆瓦，累計安裝風(fēng)電機組53764臺，累計裝機容量75324.2兆瓦，同比增長了 20.8%。我國風(fēng)電裝機容量如此巨大，并網(wǎng)后對現(xiàn)有電網(wǎng)的穩(wěn)定運行會產(chǎn)生什么樣的影響是左右中國未來風(fēng)電發(fā)展所面臨的最大問題和難點之一，同時也給電力系統(tǒng)的工程和研究人員提出了新的問題和挑戰(zhàn)。由此可見，研究、探討大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)穩(wěn)定，特別是對電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定的影響對促進中國風(fēng)電的發(fā)展以及建設(shè)堅強智能電網(wǎng)具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
[0003]目前，國內(nèi)外在風(fēng)電場并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定的影響的研究主要集中于雙饋風(fēng)力發(fā)電機型(Double-fed Induction Generator, DFIG)風(fēng)電場的動態(tài)建模和其并網(wǎng)后對系統(tǒng)的小擾動穩(wěn)定性的影響，對于直驅(qū)永磁型風(fēng)力發(fā)電機(Permanent Magneti cSynchronous Generator, PMSG)的研究相對較少。而且,在為數(shù)不多的關(guān)于PMSG型風(fēng)機并網(wǎng)對電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性影響的研究當(dāng)中，對風(fēng)電場的建模都是把PMSG型風(fēng)電場等值為一臺風(fēng)機，或者采用恒風(fēng)速模型，并沒有考慮到風(fēng)機間的相互影響。實際上，迎風(fēng)向前排風(fēng)電機組的風(fēng)速高于迎風(fēng)向后排風(fēng)電機組的風(fēng)速，排與排相距越近，迎風(fēng)向前排風(fēng)電機組對后排風(fēng)電機組風(fēng)速的影響越大，這種現(xiàn)象被稱作尾流效應(yīng)?？紤]尾流效應(yīng)后的風(fēng)電場建模會使得對PMSG型風(fēng)電場并網(wǎng)的小擾動穩(wěn)定性分析更為準確和符合實際情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)的小擾動穩(wěn)定性分析方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0006]一種考慮尾流效應(yīng)的風(fēng)電場并網(wǎng)穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0007]A.建立風(fēng)電場等值模型；
[0008]B.構(gòu)建該風(fēng)電場的原始導(dǎo)納矩陣并對其進行變換；
[0009]C.生成測試電網(wǎng)系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣；[0010]D.進行穩(wěn)定性分析。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述步驟A包括如下步驟:
[0012]A-1.風(fēng)輪機建模；
[0013]A-2.PMSG 建模；
[0014]A-3.換流器及其控制系統(tǒng)建模；
[0015]A-4.風(fēng)電場建模。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟B中，所述原始導(dǎo)納矩陣為不考慮尾流效應(yīng)時的風(fēng)電場導(dǎo)納矩陣；所述變換包括:調(diào)整各母線對應(yīng)于導(dǎo)納矩陣中的順序和擴充導(dǎo)納矩陣階數(shù)。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟C包括:對表示所述電網(wǎng)系統(tǒng)的微分方程組和代數(shù)方程組在穩(wěn)態(tài)值線性化，消掉代數(shù)量，保留狀態(tài)量，以形成所述狀態(tài)矩陣，并求解該狀態(tài)矩陣的特征值和特征向量；所述微分方程組和代數(shù)方程組分別如下式表示:
【權(quán)利要求】
1.一種考慮尾流效應(yīng)的風(fēng)電場并網(wǎng)穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: A.建立風(fēng)電場等值模型； B.構(gòu)建該風(fēng)電場的原始導(dǎo)納矩陣并對其進行變換； C.生成測試電網(wǎng)系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣； D.進行穩(wěn)定性分析。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A包括如下步驟: A-1.風(fēng)輪機建模；
A-2.PMSG 建模； A-3.換流器及其控制系統(tǒng)建模； A-4.風(fēng)電場建模。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中，所述原始導(dǎo)納矩陣為不考慮尾流效應(yīng)時的風(fēng)電場導(dǎo)納矩陣；所述變換包括:調(diào)整各母線對應(yīng)于導(dǎo)納矩陣中的順序和擴充導(dǎo)納矩陣階數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C包括:對表示所述電網(wǎng)系統(tǒng)的微分方程組和代數(shù)方程組在穩(wěn)態(tài)值線性化，消掉代數(shù)量，保留狀態(tài)量，以形成所述狀態(tài)矩陣，并求解該狀態(tài)矩陣的特征值和特征向量；所述微分方程組和代數(shù)方程組分別如下式表示:
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟D包括如下步驟: D-1.計算所述狀態(tài)矩陣的特征值及對應(yīng)的右特征向量U和左特征向量V，得出參與因子; D-2.依據(jù)所述參與因子和特征值Xi的機電回路相關(guān)比得出低頻振蕩模式； D-3.判斷該低頻振蕩模式所屬的類型； D-4.對于互聯(lián)系統(tǒng)區(qū)域間振蕩模式，于機組上增加阻尼以減少振蕩。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述PMSG建模采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制策略；所述換流器為全功率換流器，其建模包括:發(fā)電機側(cè)變換器建模、直流母線建模和電網(wǎng)側(cè)變換器建模；所述控制系統(tǒng)由功率外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)組成；所述PMSG通過全功率換流器并入電網(wǎng)；所述風(fēng)電場建模應(yīng)用Jensen模型推導(dǎo)，其包括:A-4-1.根據(jù)空氣動力學(xué)原理，可以得到如下關(guān)系:
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述母線按照先同步發(fā)電機母線，后風(fēng)電場并網(wǎng)母線，最后其它負荷母線的順序排列；所述擴充導(dǎo)納矩陣階數(shù)包括:(i)依據(jù)電壓、電流需分解到d軸、q軸兩個方向，將導(dǎo)納矩陣的每個子導(dǎo)納矩陣Yu變?yōu)橄率奖硎镜木仃?
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述參與因子如下式表達:
【文檔編號】H02J3/38GK103956767SQ201410060467
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】姚良忠, 石立寶, 王偉勝, 丁杰, 吳福保, 遲永寧, 李琰, 楊波, 許曉慧, 王韌, 王志冰, 孫蔚, 曹遠志, 崔紅芬, 盧俊峰, 吳婧 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 清華大學(xué)深圳研究生院, 江蘇省電力公司