直驱风电场实用化等值方法

建立能够准确模拟风电场暂态响应的等值模型是进行大规模风电并网研究的基础。利用从实测数据中提取出的低电压穿越响应曲线,对直驱风电机组的故障响应特性进行详细解析。然后,对风电机组在不同风速下的有功暂态响应进行研究,依据响应的差异性,初步确定机群划分原则。随后,进行多组电压跌落实验,从实用化的角度出发,兼顾等值精度和计算效率,探讨并确定合适的分割点,提出了计及低电压穿越全过程暂态响应的直驱风电场三机等值方法。最后,通过多组实测风速数据,验证了所提等值方法对不同风速场景和不同电压跌落状况的适应性。所提方法仅需通过简单的计算即可获得分群指标,避免对聚类算法的依赖,工程实用性好。     

基于模型-数据混合驱动的风电场暂态过程等值方法

针对大规模风电场接入给电力系统安全稳定分析过程带来的方程高维性、计算效率低问题，提出了一种基于模型-数据混合驱动的风电场暂态过程等值方法。对整个风电场进行两阶段聚合，最终将含有多台风机的风电场等值为单台风机模型。第一阶段等值过程中基于物理模型驱动思想，通过获取不同风速下风机并网点有功暂态响应特性及出力特性，采用K-means方法将所有风机聚合为四台等效风机。第二阶段基于数据驱动策略，通过所建立风电场并网点有功偏差最小的多时段优化模型并结合长短期记忆网络(long short term memory, LSTM)训练，将四台等效风机聚合为单台风机模型，实现了整个风电场的暂态过程等值聚合。通过算例验证了所提等值方法能够有效地反映风电场的暂态过程特性，为电力系统安全稳定分析模型降维提供了一种实用化解决方案。     

关于双馈风电场动态等值的认识和探讨

以双馈风电机组为例,对不同风速下机组的暂态响应特性进行了模拟分析,发现和解析了一些有意义的现象,并以此为基础对双馈风电场动态等值的相关问题进行了研究和探讨。研究表明:低风速机组在暂态过程中存在明显的有功消耗现象,使其在风电场动态等值中不宜忽略;工作于不同风速下的风电机组,其有功功率和电流暂态响应曲线在幅值大小、波动程度及响应速度方面呈现出非线性差异,导致分群数多但等值效果可能变差;工作于恒转速区和恒功率区的风电机组,其有功功率和电流暂态响应曲线的聚群特性,使其可以合为一群;大型风电场集电线路较长且接线复杂,基于功率损耗相等原则得到的等值阻抗,不能保证暂态过程中的一致性,因此应加强集电网络阻抗动态特性方面的研究。     

基于改进风机暂态模型的风电场低电压穿越性能评估

针对现有风机模型不能真实反应各种类型风机在低电压故障中的暂态特性,影响对风电场低电压穿越评估准确性的问题,通过研究和改进风机仿真模型,并与实测风机低电压穿越特性对比验证,结果表明改进的风机暂态模型与实测风机在低电压穿越特性上具有较高的一致性.以某地区风电场为例,利用该模型搭建的实际风电场仿真系统对风电场低电压穿越能力进行仿真研究,仿真结果表明改进的风机模型对风电场低电压穿越性能评估具有较高的实用性.     

基于遗传算法的风电场等值模型的研究

在分析笼型异步风力发电机组动态模型的基础上,利用含笼型异步风力发电机组的风电场详细模型的运行数据,提出了基于遗传算法的风电场单机等值建模方法和参数优化模型。针对风电场内机组参数完全相同和不同的两种算例,对风速扰动和风电场出口处发生三相短路故障下的风电场动、暂态运行特性进行仿真,并与风电场详细模型和容量加权单机等值模型时的结果进行比较。结果表明基于遗传算法的单机等值模型具有和详细模型一致的风电场运行特性;与风电场容量加权单机等值模型相比,能更好地表现风电场的动、暂态运行特性。     

基于遗传算法的风电场等值模型的研究

在分析笼型异步风力发电机组动态模型的基础上,利用含笼型异步风力发电机组的风电场详细模型的运行数据,提出了基于遗传算法的风电场单机等值建模方法和参数优化模型.针对风电场内机组参数完全相同和不同的两种算例,对风速扰动和风电场出口处发生三相短路故障下的风电场动、暂态运行特性进行仿真,并与风电场详细模型和容量加权单机等值模型时的结果进行比较.结果表明基于遗传算法的单机等值模型具有和详细模型一致的风电场运行特性;与风电场容量加权单机等值模型相比,能更好地表现风电场的动、暂态运行特性.     

计及Crowbar状态改进识别的双馈风电场等值建模方法

故障过程中双馈风机Crowbar投入与不投入的暂态响应特性差异明显,因而在风电场等值中场内机组Crowbar状态是一个良好的机群划分指标。然而,双馈风电场与单台机组间故障特性的差异性,使得现有采用单机模型来识别场内机组Crowbar状态的方法存在识别不准确的问题,从而降低风电场等值建模精度。为此,该文提出一种计及Crowbar状态改进识别的双馈风电场等值建模方法。通过分析风电场故障特性,构建Crowbar状态特征向量;收集风电场各工况下的样本数据,建立基于支持向量机(support vector machine,SVM)的识别模型。在新工况下,依次以Crowbar状态识别结果和输入风速为分群指标对场内机组进行机群划分,从而建立风电场等值模型。仿真算例结果表明,该文提出的基于SVM的Crowbar状态识别方法在各个故障场景下相较于传统方法均有较好的识别效果,所建立的等值模型与详细模型故障暂态特性十分吻合,等值方法合理有效。     

一种基于节点导纳矩阵变换的并网风电场群实用等值方法

结合实际机电暂态仿真需求提出了一种新的风电机组群节点等值方法,该方法在等值过程中有效计及了风电场内部节点电压、导纳阻抗之间的关系和风电场内各节点与并网节点之间的电气特性联系。将该方法应用到电力系统综合仿真程序(PSASP)风电场群建模中,建立了含有风电场群等值模型的电力系统仿真分析系统。应用风电机组低电压穿越试验实测数据对模型参数进行了修正,应用风电场短路试验实测数据对仿真模型进行校核,进一步验证了模型的准确性,为后续的稳定控制研究奠定了仿真基础。     

直驱永磁风电机组电压暂态简化建模及仿真

将变流器用受控源进行等效简化。根据低电压穿越过程中直驱风电机组的动态特性,忽略低电压穿越过程中发电机与机侧变流器的动态过程,建立了适用于暂态电压稳定性研究的简化仿真模型。仿真结果表明,简化模型与电磁暂态模型动态响应一致,可以用于大规模风电场暂态电压稳定性研究。     

双馈变流器控制策略对风电场低电压穿越能力的影响研究

风电场低电压穿越能力与风电机组在故障期间的响应特性、风电场集电系统、无功补偿装置性能和接入电网条件等因素密切相关,其中故障期间单台风电机组的无功电流特性尤为重要。为了分析故障过程中风电机组无功电流特性对风电场稳定性的影响,基于通过验证的风电机组模型,在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中搭建了100 MW风电场的详细模型,包括风电机组、箱式变电站、场内馈线、主变压器、无功补偿装置和送出线路等。在不同电网强度下,对比分析风电机组在故障过程中具备吸无功、发无功不同特性时,风电场在故障过程中的电压分布、并网点有功和无功的暂态特性。研究结果表明,风电机组具备灵活的无功电流调节能力对风电场故障穿越能力的实现至关重要。     

尾流效应和风特性对双馈风机LVRT的影响

对双馈异步风力发电机(DFIG)低电压穿越能力的研究普遍基于额定风速,为了使研究更加准确,考虑了风电机组间的尾流效应和不同类型的风特性,建立了尾流效应模型、4种风特性模型和风电场模型,仿真了DFIG在不同情况下的低电压穿越能力。结果表明,尾流效应在一定范围内会降低风电机组的有功功率、增加无功功率补偿,并抑制直流母线电压振荡的幅值,提高DFIG低电压穿越能力;相同幅值的风特性,渐变风输出的有功功率最大,阵风引起的有功功率振荡最剧烈,渐变风、随机风引起的直流电容电压振荡幅值较大。     

适用于低电压穿越仿真的风电场内集电线路等值方法

以二机并联模型为基础,提出了一种适用于低电压穿越(LVRT)仿真的风电场内集电线路的等值方法。以电网电压跌落期间风电场并网点的无功输出量一致为原则对线路的电抗进行等效;以风电场内线路的有功损耗相等为原则对线路的电阻进行等效。经过集电线路阻抗变换后,风电场等效为一台经过一等值阻抗直接连接到公共连接点(PCC)的单机等值模型。该方法适用于干线式、放射式和混合式集电线路拓扑的等值,且计算所得线路阻抗参数恒定,便于实际应用。仿真结果表明,在电网故障期间,等值模型具有很高的精度。     

基于低电压穿越控制策略的风电场等值方法

风电场通常包括多台同类型的风电机组,在大电网仿真计算中需要将风电场等值,以减小仿真规模并保证仿真的准确性。提出了基于风电机组低电压穿越特性的风电机组倍乘等值台数确定方法,该方法主要考虑了实际风电场中各风电机组出力不同对风电场等值的影响,基于双馈、全变流类型风电机组在低电压穿越期间的有功、无功控制策略,确定比较合理的等值机组台数,最后将风电场等值为多台出力相同的风电机组。通过对实际风电场的仿真分析表明,在不同控制方式下,综合考虑不同电压跌落水平的有功、无功最佳等值台数是一个范围,进而可以综合确定一个等值台数,以兼顾准确性和保守性。一般情况下,离线仿真可选择最小可能台数,在线仿真可选择有功最佳台数范围内的最小台数。     

提高复杂拓扑风电场动态等值水平的增广路径标号算法*

随着风电场装机容量增加、规模扩大、拓扑结构日益复杂,风电场等值建模对电网仿真分析的影响越来越大。首先建立BPA风电场仿真模型以及两机电网模型,针对复杂拓扑风电场等值建模,提出采用增广路径标号算法分组识别大型风电场复杂拓扑结构特性,以集电参数功率损耗为等值建模原则,经过干线式和放射式接线组合的多次迭代后,完成复杂拓扑风电场的单机等值建模。最后,应用BPA程序仿真分析不同规模风电场的动态等值水平,比较并网点功率及频率特性,验证了所提出的等值方法能够解决复杂拓扑风电场等值问题,提高了动态等值水平。对于大规模风电场,此方法提高了并网点功率的适应性,但对暂态响应特性的适应性不足,仍须进行多机等值建模。     

风特性及尾流效应对双馈感应电机低电压穿越能力的影响

双馈异步风电机组并网低电压穿越能力普遍采用额定输入风速分析方法的精确度较低,为了使分析结果更加接近于实际工作情况,将风机之间的尾流效应以及不同风特性的影响考虑在内,建立风特性模型、风电场并网模型,仿真并分析了电网发生故障后双馈风机的低电压穿越能力并得到结论:幅值相同的渐变风、随机风、阵风分别作用于风电场,对有功功率输出的影响分别为最大、最小、振荡最剧烈。三者对无功功率、变换器直流环节电压的影响十分接近;尾流效应降低了下游风机的有功输出能力,但对整个风场来说提高了低电压穿越、无功补偿能力,并且减小了变换器直流环节电压的振荡。     

双馈风电场群短路电流计算与故障分析方法

由于风电场群内各风电场的暂态特性存在较大差异,且各风电场及系统间存在较强的耦合关系,这些因素增加了风电场群接入后电力系统故障分析的复杂度。基于变流器的输入-输出外特性等值了变流器的数学模型,进一步给出了计及变流器控制影响的双馈风电机组暂态模型,分析了低电压穿越控制策略对短路电流的影响机理,并建立了双馈风电机组的短路电流计算模型。分析了故障期间风电场间的相互影响机理,提出了双馈风电场群的短路电流计算方法。采用RTDS建立含双馈风电机组实际控制器的物理实验平台,验证了所提出的双馈风电场群短路电流计算方法的准确性。在此基础上对双馈风电场群接入后的电网故障分析方法进行了探讨与分析。     

风机转子撬棒投切对电力系统暂态稳定性的影响

转子侧撬棒保护电路是双馈风机常用的低电压穿越措施,故障期间撬棒保护电路的投入和切除会产生冲击,对电网的暂态稳定性产生影响。将风电场的注入功率与等值系统的机械功率联系在一起,推导了故障期间风电场低电压穿越动作对等值系统机械功率的影响。基于拓展等面积准则,从理论上分析风电场低电压穿越动作对电力系统暂态稳定的影响原理,以加速能量作为评判撬棒对系统暂态稳定影响程度的指标,并进行了仿真分析。结果表明,风机撬棒动作主要影响电力系统的加速过程,两机模式下其影响程度与风机并网位置有关,越靠近功率输送端,撬棒动作越有利于暂态稳定。该研究可为低电压穿越方案的优化设计提供理论参考。     

基于尾流效应的双馈式风电场动态等值模型研究

针对风电机组间尾流效应对风电场并网点输出特性有较大的影响及常用的风电场单机等值模型误差大的问题,提出了考虑尾流效应的多机等值风电场动态等值模型。该方法计及Jensen模型作为风电场划分判据,将各组群进行独立等效。最后以电磁暂态仿真软件PSCAD／EMTDC为分析平台,搭建了双馈风电场详细模型和两种等值模型。通过比较风速波动情况下和故障情况下风电场等值模型与详细模型的并网点输出特性,验证了所提方法的准确性和适用性。     

适用于电力系统全过程动态仿真的风电机组典型模型

风电的随机波动性给电网的规划运行带来了不利的影响。针对目前国内在风电仿真分析时使用的模型所存在的问题,包括机电暂态特性仿真不够准确且缺乏中长期动态仿真等,建立了适用于电力系统全过程动态仿真的典型风电机组模型。该模型包括反映风电机电暂态特性的发电机和换流器控制模型、低电压穿越控制策略和保护模型,以及反映风电中长期动态特性的风速波动和有功控制模型。该模型能够对风电机组机电暂态特性,特别是低电压穿越过程的运行特性进行准确地仿真;通过设置风速波动输入,能够较准确地模拟风电机组出力的长时间变化过程及其对电网造成的影响。通过与大电网实测数据的仿真对比,验证了风电机组模型在机电暂态和中长期动态仿真中的有效性。     

电压暂降期间工业园区分布式风机转子电流动态响应及其灵敏度分析

工业园区配置分布式风机是优化园区电源结构、节能减排的重要措施。并网点电压暂降期间,工业园区的风机响应特性对园区电能质量呈负面影响。为提高风机低电压穿越能力,首先需定量揭示低电压过程中转子电流暂态特性及影响因素,找到影响低电压穿越能力的薄弱环节。在研究双馈感应发电机低电压过程中的暂态特性的基础上,建立双馈感应发电机暂态转子电流详细模型,将低电压穿越能力的影响因素按电机的结构参数和状态参数两类分别研究影响程度,通过轨迹灵敏度分析,定量揭示各因素的影响程度,为提高园区风力发电机低电压穿越能力提供理论支撑。