专利名称：风光储联合发电系统的仿真等值方法
技术领域：
本发明属于电力系统领域，涉及潮流计算和机电暂态仿真中风光储联合发电系统的仿真等值方法。
背景技术：
随着国家新的能源战略的发展，风电、光伏等新能源的开发得到了高度重视和大力支持，电网中风电、光伏的容量所占比例越来越高，影响越来越大。风电、光伏发电都具有随机性、波动性和间歇性的特点，这两种新能源的独立发电特性和源网协调性与常规电源相比仍有较大的差别。但是，风能和太阳能具有较好的资源互补性，适合联合发电，可实现资源互补。如果在风电场和光伏电站侧配置动态响应特性好、寿命长、可靠性高的大规模电池储能装置，能更好地解决风、光等可再生能源发电的间歇性问题、提高源网协调能力，促进新能源的集约化开发和利用。国外已有成功的工程实例，我国也已开始了在河北张家口地区的国家风光储输示范工程建设。随着风储、光储以及风光储等联合发电系统的不断推广应用，它们将对电网的规划、运行等产生越来越大的影响。风光储联合发电系统是由多台单机容量较小的风、光、储单元机组组成，若在潮流计算和机电暂态仿真中采用详细模型的联合发电系统(即每台风、光、储单机建模)，不仅模型复杂、规模庞大，而且计算时间长，不适合实际工程的应用。因此，迫切需要开发适合大型大力系统仿真的风光储联合发电系统的等值模型，作为新的电网规划、运行分析的基础， 从而开展风光储联合发电系统并网对电力系统运行的影响问题研究，确保它们并网后电网的可靠运行。现有技术方案由于风光储联合发电系统在国内外属于最近才出现的一种新型发电形式，因此在大型电力系统分析领域暂没有一种成型的等值技术方案。相关的等值技术方案主要集中在风电场、光伏电站的等值技术方案上。在此主要以风电场的等值方法作为现有技术方案作相关的介绍。风电场在潮流计算中的现有等值方法主要有两种PQ、PV简化等值模型和RX模型。(I)PQ, PV简化模型的基本方法如下PQ简化模型法假设风电场功率因数为已知
量，由0 =计算出无功功率，然后将风电场节点作为PQ节点。对于有交流励磁能力
的双馈机和全变流直驱机来说，当工作在恒电压控制方式下时，可以将该类风电场等效为具有一定无功限制的PV节点。( RX模型的基本方法如下将异步电机等值电路加入到静态潮流分析模型中把异步电机的滑差表示成机端电压和有功功率的函数，给定初始滑差和风速，由异步机等值电路写出异步机等值阻抗Z = R+jX，将发电机视为阻抗型负荷加人潮流程序，得到风力发电机的电磁功率，另外由风速等信息计算出风力机的机械功率，根据2个功率之差值修正滑差，反复迭代，最终使风力机机械功率与发电机电磁功率相平衡。
风电场在机电暂态仿真中的现有等值方法主要采用简单“倍乘”模型。其主要过程如下把风电场考虑成从同一节点并网的η台一样的风机，在机电暂态仿真中，微分方程计算时采用一台风机的模型框图计算其动态响应的过程，得到单台风机的并网注入电流 Idi和Itli，再通过简单的倍乘方法等值得到风电场的并网注入电流Id和Itl(其中Id = n*Idi 和Itl = η*‘)，最后经过机网变换参与网络代数方程的计算，完成一次迭代过程。现有技术方案的缺点(1)潮流计算中的PQ、PV简化等值模型认为风电场的功率因数与单台风电机组的功率因数相同，并未考虑风电场内部集电系统的影响，当风电场规模较大时可能带来较大
计算误差。(2)潮流计算中的RX等值模型的迭代过程是分2步完成常规潮流迭代计算和异步发电机的滑差迭代计算，总迭代次数多，收敛速度慢，实用性较差。另，RX模型较适用于传统的感应异步发电机组，但对国内主要应用的双馈、直驱机组适应能力较差，因此工程实用性、推广性较差。(3)机电暂态仿真中的简单“倍乘”等值模型假定风电场的所有风机都处于同一个运行工况。但在工程实际运行中所有风机不可能时刻都保持在同一运行工况下，如风电场由于尾流效应、阵风等因素的影响，所有风机不可能时刻都运行在同一个运行工况。各风机的动态特性会因处于不同的运行工况而有所不同。因此，简单的倍乘等值方法会出现一定的误差。
发明内容
本发明针对工程实际开展了风光储联合发电系统在潮流计算和机电暂态仿真中的等值方法研究。在潮流计算的等值中，本发明分为单元机组和集电系统两部分展开研究， 不仅考虑了单元机组的等值，也同时考虑了集电系统的等值，一定程度上解决了原有等值方法存在的缺陷。单元机组的等值采用了根据不同的控制模式选取不同的节点类型的方法，集电系统的等值提出了基于损耗不变原则的方法。在机电暂态仿真的动态等值中，基于实际工程计算的最严重工况分析原则，提出了运行在满出力点的单机“倍乘”等值模型，为工程计算中的风光储联合发电系统动态等值提供了一种解决方案。依据本发明的一种潮流计算和机电暂态仿真中风光储联合发电系统的仿真等值方法，包括风光储联合发电系统的潮流计算等值方法和机电暂态仿真动态等值方法，风光储联合发电系统的典型拓扑结构包括风电场、光伏电站和储能电站，风电场、 光伏电站和储能电站内部分别由单台风机、光伏发电单元和储能单元通过各自的单机联单元变形式升压到高一等级的母线，各母线在站内通过多条馈线形成的集电系统将风电场、 光伏电站和储能电站的电力送至联合发电系统主变的低压侧母线，最终通过联合发电系统主变并入主网，对电网反映出联合发电系统的发电特性；通过对风光储联合发电系统的等值采用组合等值的方法；通过将联合发电系统划分为风电场、光伏电站和电池储能电站三部分，对各部分分别按照自身的运行特性进行等值聚合，得到若干台“机”集聚后的场/电站等值模型；最终，风电场、光伏电站和电池储能电站在公共连接点汇集实现并网，并且在PCC点对电网表现出整个风光储联合发电系统的运行特性，实现风光储联合发电系统的等值建模；一、潮流计算中的风光储联合发电系统的等值方法单元机组的等值方法(1)风电机组的等值对于风电场，按照功率守恒的原则将风电机组累加等值成一台风电机组，即等值风电机组的出力容量等于每台风力发电机的容量之和
NMNM=+(1)其中，Setiuss为等值风电机组的出力容量，Piij为第i条亏线上第j台机组的有功出力，Qi,」为第i条亏线上第j台机组的无功出力，N为风电场馈线的数目，M为第i条馈线上所连接的风电机组的数目；对于等值风电机组的无功，则决定于风电机组的并网控制模式；如下表1所示，若风电场全场采用恒功率因数并网控制模式，则将风电场等值成为PQ节点；若风电场全场采用恒电压控制方式，则可将风电场等值成PV节点；若风电场采用混合控制方式，一部分机组恒功率因数控制，一部分机组恒电压控制，则同样将风电场等值成PV节点，只需根据采用恒电压控制的风电机组的数目确定等值机的无功容量的上下限；表1风电机组的等值潮流模型
权利要求
1. 一种潮流计算和机电暂态仿真中风光储联合发电系统的仿真等值方法，其特征在于包括风光储联合发电系统的潮流计算等值方法和机电暂态仿真动态等值方法，风光储联合发电系统的典型拓扑结构包括风电场、光伏电站和储能电站，风电场、光伏电站和储能电站内部分别由单台风机、光伏发电单元和储能单元通过各自的单机联单元变形式升压到高一等级的母线，各母线在站内通过多条馈线形成的集电系统将风电场、光伏电站和储能电站的电力送至联合发电系统主变的低压侧母线，最终通过联合发电系统主变并入主网，对电网反映出联合发电系统的发电特性；通过对风光储联合发电系统的等值采用组合等值的方法；通过将联合发电系统划分为风电场、光伏电站和电池储能电站三部分，对各部分分别按照自身的运行特性进行等值聚合，得到若干台“机”集聚后的场/电站等值模型；最终，风电场、光伏电站和电池储能电站在公共连接点汇集实现并网，并且在PCC点对电网表现出整个风光储联合发电系统的运行特性，实现风光储联合发电系统的等值建模；一、潮流计算中的风光储联合发电系统的等值方法单元机组的等值方法 (1)风电机组的等值对于风电场，按照功率守恒的原则将风电机组累加等值成一台风电机组，即等值风电机组的出力容量等于每台风力发电机的容量之和
全文摘要
本发明属于电力系统领域，涉及潮流计算和机电暂态仿真中风光储联合发电系统的仿真等值方法。本发明对风光储联合发电系统的等值总体方案采用组合等值的方法，通过将联合发电系统划分为风电场、光伏电站和电池储能电站三部分，对各部分分别按照自身的运行特性进行等值聚合，得到若干台“机”集聚后的场/电站等值模型。最终，风电场、光伏电站和电池储能电站在公共连接点汇集实现并网，并且在PCC点对电网表现出整个风光储联合发电系统的运行特性，实现风光储联合发电系统的等值建模。
文档编号G06F9/455GK102541621SQ20111039193
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者仲悟之, 侯俊贤, 孙华东, 林伟芳, 王毅, 王皓怀, 罗煦之, 董毅峰 申请人:中国电力科学研究院