风电场等值建模研究综述

随着风电场规模的不断增大,对风电场中每台风机建模将造成计算量过大,不利于大型风电场的研究,需要对风电场进行等值化简.对双馈感应风机和直驱永磁同步风机两种当前热门机型的建模进行概述,同时介绍了潮流计算中风电场的处理方法,并对风电系统的等值进行了综述,包括风速的等值、风电场的分群、同群风机的等值方法、常用的参数优化算法及其对等值的影响.最后综述了含单一主流机型风电场通常采用的等值方法,并指出随着不同机型并存的大型混合风电场的增多,混合风电场等值建模研究的必要性及研究趋势.     

基于RTDS风电场等值建模若干问题的解决方案

本文阐述了风电场等值建模的典型方法,指出了不同建模方法的特点。本文提出一种新的大容量风电场等值建模方法,针对不同问题给出等值的解决方案,还提出一种基于RTDS的单机容量加权等值方案、并在考虑风力机组尾流效应的基础上实现含有不同类型风机等值的解决方案。其中分析了等值结果的有效性,等值过程中指出RTDS平台何时需要跨rack运行并指出使用传输线模型的注意事项。结果显示,解决方案合理对解决实际问题具有重要意义。     

风电场动态等值及其在暂态稳定分析中的应用

风力发电厂系统的完整模型建模,阶数太高,不适合全系统在线安全分析和稳定裕度计算。提出一种风电场双馈感应发电机(DFIG)动态等值技术,即将风力发电厂中的多台DFIG发电单元等值聚合为一个发电单元,对发电单元的聚合包括风力涡轮机的聚合、双馈感应发电机聚合以及电能传输和收集系统的聚合。保留了在不同的风速下,被聚合的发电单元的主要的动态性能。聚合模型应用在电力系统在线仿真中,优化了在线分析计算时间,提高了在线计算的精确性。等值前后发电单元具有相同的模型结构。通过仿真研究,验证了动态等值方法的正确性。     

考虑Crowbar动作特性的DFIG风电场动态等值研究

加装Crowbar电路是双馈感应风力发电机实现低电压穿越的常用措施。为考虑低电压穿越对风电场动态等值的影响,首先分析了Crowbar的动作特性,对比了两种常用投切策略对电网稳定性的影响,以及同种投切策略下Crowbar不同退出时间对风电场出口处动态特性的影响。然后研究了风电机组不同运行状态对Crowbar启动时间的影响。仿真结果表明,凡是Crowbar发生动作的机组,在机电暂态仿真步长下其Crowbar启动时间几乎是一致的。在此基础上,提出了基于Crowbar动作区域曲线判断Crowbar动作情况,并以Crowbar是否动作作为分群准则的风电场分群等值方法。最后在DigS ILENT平台上搭建算例,验证了等值方案的有效性。     

含DFIG的风电场仿真等值模型研究与稳定性分析

根据风轮机原理提出了等值风速的概念,以及一种建立风电场等值机模型的方法。就风电场三种不同分布形式,分别提出了等值机模型建立的方法。针对所建立模型在PSCAD/EMTDC上进行仿真分析,验证所建模型的正确性,同时根据动态特性说明所建模型的适应性。     

风电场同调动态等值研究

以往在对双馈风电机组进行同调判别时,常将发电机端口的有功功率及无功功率受扰轨线作为观测量。但由于有功功率及无功功率不是系统的状态量,将其作为同调判别的观测量可能带来一定误差。基于同步发电机及异步电动机的同调判别方法,指出应选择主导模式中参与因子较大的状态量作为观测量。即基于特征根技术,提出双馈风电机组的同调判别应以转子电流为观测量。同时,还提出综合风电机组初始运行点及动态特性的两步分群方法,即先根据风电机组的初始风速进行首次分群,然后基于风电机组的动态特性再次分群。该方法不仅能够较准确地估算等值机的等效风速,还可以使等值系统的动态特性与原系统尽可能一致。最后通过仿真算例验证了所提方法的可行性。     

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。     

风电场等值建模研究

基于风电场内部构成,研究了风电机组单机聚合和多机聚合等值建模方法,对多机聚合等值模型条件下风电机组的分群判据指标以及聚合等值建模存在的问题进行分析和总结。然后,考虑到传统等值模型参数计算方法的不足,阐述了系统参数辨识技术在风电机组和风电场内部静态模型参数优化中的应用,进一步提出聚合等值与参数辨识相结合的风电场建模思想。为了检验风电场等值模型的有效性,给出了基于数字仿真和试验录波数据的模型验证方式。最后,对风电场等值建模的下一步研究方向进行了展望。     

计及风电场集电网络等值模型的仿真研究

以双馈感应发电机组构成的风电场为研究对象,考虑了风力发电机与集电网络的等值,提出两种模型,研究了单机加权等值与等功率损耗结合模型,降阶变尺度等值与并联化结合模型。针对风电场机组参数完全相同的算例,利用PSCAD/EMTDC建立了风电场的不同等值模型,对风速扰动和PCC处发生电压跌落故障下的风电场暂态特性进行了比较分析,研究结果验证了等值模型的正确性。     

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。     

计及尾流效应的双馈机组风电场等值建模研究

针对双馈机组风电场内机组间尾流的相互影响,提出一种新的风电场等值建模方法。该方法考虑尾流效应,定义了"尾流影响因子"表征各台风电机组受其他风电机组尾流影响的程度,并以此作为风电场内风电机组的分组依据。将风向作为输入,从而进行风电机组的分组以及合并等值。同时给出了合并后等值模型参数的计算方法,得到风电场的多机等值模型。仿真结果表明,利用该方法建立的等值模型较之传统的等值模型能更准确地体现风电场的功率输出特性。     

双馈风电场接入串补输电系统引发次同步谐振的研究模型

双馈风电场连接固定串联电容补偿输送电力的系统容易产生次同步谐振(SSR)。对于经电力电子变流装置接入系统的双馈风电场,其SSR特性与传统的SSR不同,双馈风机的变流器控制环节对SSR具有重要的影响。为了分析这种电力电子设备接入导致的新型SSR问题,以发生了此类SSR事故的国内某大规模风电汇集地区风电场为原型,建立了实际系统的等值模型。该等值模型可以作为研究此类SSR问题的一种标准模型,从而进一步对其产生机理、振荡特性以及抑制措施展开研究。验证了所提研究模型的有效性。利用该模型,通过时域仿真方法分析出各因素对双馈风机串补系统稳定性的影响。根据得到的结论提出了抑制此类SSR的措施。     

永磁直驱同步风电场多机动态等值模型

以提高仿真效率为目的,建立了一种适用于永磁直驱同步电机风电场的多机动态等值模型。该模型在同调等值法的基础上,选择能综合反映风电机组运行状态的变量矩阵作为分群指标,通过模糊聚类算法对指标矩阵进行处理,将具有相近运行点的风电机组划分到同一机群。并用一台风电机组并联一个电流源组成等值机组表征该机群,最后通过多个表征机群的等值机组的组合建立了风电场动态等值模型。在此基础上,利用电力系统电磁暂态ATP/EMTP软件平台进行实例仿真,仿真结果验证了该等值模型的有效性。     

基于STATCOM和LCC-MTDC技术的大规模风电并网技术研究

以西北电网千万千瓦级风场为背景,提出了采用相控换流器与STATCOM结合的多端直流输电技术进行大规模风电并网的方法。从两个层面上进行控制器的设计,一是从含有STATCOM的整流器交流侧子系统角度,针对策略的快速响应能力以及良好的控制特性。STATCOM非线性特性,引入逆系统方法设计其控制器并推导整流器直流侧电流与STATCOM直流侧电压的关系,提出适合于整流器的控制策略,保证交流侧功率平衡。其次从MTDC整体性能出发,设计相应的控制策略来确保系统稳定运行。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了所提控制策略的快速响应能力以及良好的控制特性。     

风电场站等值模型综合评价体系

为实现多类风电场站等值模型综合评价,搭建全拓扑详细模型作为基准模型,通过集电网络等值与风电机组聚合分别得到单机等值模型、馈线等值模型2个评价对象。提出基于改进层次分析的等值模型综合评价体系,包含多工况的时空层面评价指标。针对所提评价指标,在PSCAD/EMTDC环境中对3个模型展开仿真测试,给出2个等值模型的综合评价结果：在对仿真速度要求不高时,馈线等值模型评价综合值更高,具备多种问题分析能力,普适性更好。所提综合评价体系从仿真层面出发,实现了对风电场站等值模型包括稳态运行点、小干扰、暂态运行条件、集电网络空间体征、仿真速度多项指标的全方位评价。     

双馈风电场阻尼系统次同步振荡的无功功率控制策略

引入无功-转速型传递函数,推导了双馈风电场无功功率对系统贡献的阻尼系数大小和性质的表达式,并基于分析获得的提供系统正阻尼条件,优化设计无功功率环附加阻尼控制策略抑制次同步振荡。以双馈风电场接入IEEE第一标准测试系统为例,基于Dig SILENT/Power Factory仿真平台对双馈风电场无功功率附加阻尼控制时的系统运行性能进行仿真比较。理论分析和时域仿真结果表明,推导的阻尼系数表达式以及得到的正阻尼范围条件可以有效分析双馈风电场无功功率对系统次同步振荡的作用,提出的风电场无功功率附加阻尼控制策略能在全次同步频段内提供最优正阻尼,且抑制效果优于有功功率附加PSS阻尼控制。