一种风电场次同步频率等值建模方法与流程

文档序号:11808085阅读:291来源:国知局
一种风电场次同步频率等值建模方法与流程
本发明属于电力系统安全稳定领域,尤其涉及一种风电场次同步频率等值建模方法。
背景技术
:我国风能资源主要蕴藏在西部,而大量电力负荷位于东部地区,这使得“西电东送”战略成为我国电力发展的方针政策。由于串联电容补偿技术可以显著提高交流输电的功率传输能力,使得其在世界范围内被广泛应用。在我国内蒙、新疆、甘肃等风电基地的大型风电场由于本地负荷较低,这种风电场经串补交流输电将成为我国电网普遍的一种输电模式。在一定条件下由于风电机组与串联补偿相互作用,可以引起风电场次同步振荡问题,严重威胁电力系统的安全稳定运行。风电场是将风能转换为电能的风电机组集群,串补交流输电在一定条件下会引起次同步振荡,严重威胁风电场的安全。国内外多次发生次同步振荡导致风电场设备损坏事故,造成了严重的经济损失。进行风电场等值建模,仿真分析次同步振荡现象是分析风电场次同步振荡机理和进一步采取有效抑制措施的基础,具有重大的经济和社会效益。目前常用的风电场等值建模方法是用于电力系统暂态稳定分析或低频振荡分析的,不适用于次同步振荡分析。到目前为止,还没有一套用于次同步振荡分析的风电场等值建模方法。研究中往往用一台风机模拟整个风电场,对于该风机是否能够表征整个风电场的次同步频率特性尚没有研究报道。鉴于此,本发明专利提出一种大型风电场次同步频率等值建模方法,从而为风电场次同步振荡仿真分析奠定基础。技术实现要素:为了解决上述问题,本发明采取的技术方案为如下:一种风电场次同步频率等值建模方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1、建立单台风力发电机的等效电路,求单台风力发电机的等效阻抗,根据风电场网络拓扑结构建立风电场集群电网络;若是干线式分布的风电场集群电网络则将各个风力发电机的等效阻抗呈干线式依次接入系统中;若是放射式分布的风电场集群电网络则将各个风力发电机的等效阻抗呈放射式依次并联接入系统中;步骤2、求风电场集群电网络的次同步频率特性曲线;步骤3、对风电场中的风力发电机进行k-means聚类算法分群,然后进行风电场一次网络的次同步频率等值;步骤4、进行风电场次同步频率等值模型修正。所述步骤1建立单台风力发电机的等效电路,求单台风力发电机的等效阻抗的具体过程为当风力发电机经串补线路接入系统时,发电机定子中流过频率为fer的次同步电流时,其在气隙中产生角频率为2πfer的旋转磁动势,从定子端看入风力发电机,其中ωr为风力发电机的转子频率,自然谐振频率串补度k与串补线路参数的关系为1ωrC=kωr(L+Ls+Lr+LT)]]>自然谐振频率ωer也能由下式求得ωer=kωr]]>单台风力发电机的等效阻抗其中,转差率Xr为风力发电机转子电抗,Xm为互感抗,Xs为风力发电机定子电抗,XT为变压器电抗,Req为单台风力发电机的等效电阻,xeq为单台风力发电机的等效电抗;Rr为风力发电机的转子电阻,Lr为风力发电机的转子漏感,Rs为风力发电机的定子电阻,Ls为风力发电机的定子漏感,L为串补线路的电感、C为串补线路的电容、R为串补线路的电阻,LT为变压器等效电感,j是虚单位。所述步骤2中求风电场集群电网络的次同步频率特性曲线的具体过程为采用串联频率扫描法,将研究的系统用正序网来模拟,网络中非待研究发电机用次暂态电抗等效,而待研究发电机采用其异步发电机模型等效,在各单台风力发电机的等效电路中的发电机转子侧放置一个单位电流源,然后改变该单位电流源频率,测量该单位电流源两端电压,该电压值即为从待研究发电机转子向系统侧看过去的等效阻抗,根据等效阻抗Zeq表达式的实虚部绘制等效电阻、等效电抗随频率变化的曲线;干线式分布的风电场集群电网络中等效阻抗表达式为Zeq=Zeq_k=(Rrs+Xr)//Xm+Rs+Xs+XT+R+jωrL+1jωrC=Req+jXeq]]>放射式分布的风电场集群电网络中等效阻抗表达式为Zeq=Zeq_k+(Xd1//Xd2//…//Xdk-1//Xdk+1//…//Xdn//Xs)=Req+jXeq其中X"di为第i台风力发电机的次暂态电抗,Xs"为无穷大系统的电抗,Zeq_k为待研究的单台风力发电机的等效阻抗,n为风电场内风力发电机的台数。所述步骤3中对风电场中的风力发电机进行k-means聚类算法分群的具体过程为将风力发电机次同步频率特性变化情况作为分群判断标准,将分群指标dij相同的风力发电机分为一群;当风电场中存在n台风力发电机,可得n*(n-1)/2个距离;dij=q·(d1ijΣd1ij)+(1-q)·(d2ijΣd2ij)]]>dij为分群指标,表征风力发电机的次同步频率特性;其中,切比雪夫距离d1ij=max|Xi(ω)-Xj(ω)|,观测的是单台风力发电机的次频率特性;欧氏距离观测的是各台风力发电机间的相似程度;Xi(ω)为第i台风力发电机在串补度k且发电机转速为ω时的次同步频率电抗值;Xj(ω)为第j台风力发电机在串补度k且发电机转速为ω时的次同步频率电抗值;q是切比雪夫距离d1ij的权重值,取50%。所述步骤3中进行风电场一次网络的次同步频率等值的具体过程为步骤301、风电场参数等值;①发电机参数xs_eq=xsm;xr_eq=xrm;xm_eq=xmmrs_eq=rsm;rr_eq=rrm]]>xs是发电机定子的电抗,xr是发电机转子的电抗,xs_eq是发电机定子的等效电抗,xr_eq分别是发电机转子的等效电抗;xm是发电机的励磁电抗,xm_eq是发电机的等效励磁电抗;rs是发电机转子的电阻,rr是发电机转子的电阻,rs_eq是发电机定子的等效电阻,rr_eq是发电机转子的等效电阻;m为该群风力发电机的台数;②变压器参数ST_eq=mSTZT_eq=ZTm]]>ST为变压器容量,ST_eq为等效变压器容量;ZT为变压器阻抗,ZT_eq为等效变压器阻抗;步骤302、集群电网络参数简化等值后的风力发电机并网处的电压相当于等值之前相同一群中各个风力发电机并网处电压的加权的平均值,各个风力发电机的权重是它们各自的输出功率;a.干线式分布的风电场集群电网络公共连接点PCC与为第k台风力发电机的阻抗上的电压Uk之间电压差为U是并网点电压,Zi是第i台机组连接电缆线的阻抗,Pj是第j台风力发电机输出的功率;设等值风力发电机1号是将处于等效前同一个群的1到m号风力发电机等效得到的,合并前m台风力发电机的加权后的平均电压差Pi是第i台风力发电机输出的功率,Zeq_1为等效合并后风力发电机1的等效阻抗,等效合并后风力发电机1和公共耦合点间的电压差ΔUi为第i台等效风力发电机的阻抗上的电压降;等值前后得串补线路的等值阻抗其中Leq为串补线路的等效电感,Ceq为串补线路的等效电容,Req为串补线路的等效电阻;b.放射式分布的风电场集群电网络设风力发电机的功率因数近似为1,Uk和母线PCC间的电压的差值为U是风力发电机并网点的电压值,Zi是第i台风力发电机连接的电缆线的阻抗值,Zk是第k台等效风力发电机的阻抗,Pk是第k台等效风力发电机的有功功率;设等效风力发电机1号为将等效之前同一个群的1到m号风力发电机等值获得的,等效之前这m台风力发电机的加权的平均电压差Zeq_1为等效合并后风力发电机1的等效阻抗,等效后风力发电机1和公共耦合节点间电压差值等值前后得串补线路的等值阻抗所述步骤4中进行风电场次同步频率等值模型修正的具体过程为步骤401、获得风电场等值后次同步频率特性曲线等值后的单台风力发电机等效阻抗Z′eq表达式为:Zeq′=(Rr_eqs+jXr_eq)//jXm_eq+Rs_eq+jXs_eq+jXT_eq+Req+jωrLeq+1jωrCeq]]>其中Rr_eq为风力发电机的等效转子电阻,Xr_eq为风力发电机的等效转子电抗,Xm_eq是等效互感抗,Rs_eq为风力发电机的等效定子电阻,Xs_eq为风力发电机的等效定子电抗,XT_eq为变压器等效电抗,Leq为串补线路的等效电感,Ceq为串补线路的等效电容,Req为串补线路的等效电阻;Z′eq=R′eq+jX′eq其中R′eq为等值后的风电场等效电阻、X′eq为等值后的风电场等效电抗;步骤402风电场等值前后的误差分析风电场等值前后的误差有益效果本发明能够用于次同步振荡分析的风电场等值建模,用一台或多台风力发电机表征整个风电场,并与风电场具有相近的次同步频率特性,是分析风电场次同步振荡机理和进一步采取有效抑制措施的基础。附图说明图1风电场次同步频率等值建模方法流程图;图2风电场干线式分布示意图;图3风电场放射式分布示意图;图4风力发电机串补电路示意图;图5风力发电机等效阻抗示意图;图6干线式分布等效阻抗示意图;图7放射式分布等效阻抗示意图;图8三机表征的风电场等效模型示意图;图9风电场等值前后次同步频率阻抗图。具体实施方式下面结合附图,对本发明作详细说明。以某三台风力发电机为示例,设这三台风力发电机以放射式接入系统中,其中1号和2号是相同型号的风力发电机,发电机、变压器以及线路的相关参数如下表,其中的发电机转子电抗、定子电抗、变压器电抗均为同步频率下参数,计算时需要转换。形成风电场集群电网络,放射式分布的风电场集群电网络中各个风力发电机的等效阻抗Zeq1、Zeq2、Zeq3呈放射式依次并联接入系统中。采用串联频率扫描法,将研究的系统用正序网来模拟,网络中非待研究发电机用次暂态电抗等效,而待研究发电机采用其异步发电机模型等效,在上述等值电路中的发电机转子侧放置一个单位电流源,然后改变其频率,测量其两端电压,即为从待研究发电机转子向系统侧看过去的等效阻抗,根据其实虚部绘制等效电阻、等效电抗随频率变化的曲线。图1风电场次同步频率等值建模方法流程图。步骤1、建立单台风力发电机的等效电路,求单台风力发电机的等效阻抗,根据风电场网络拓扑结构建立风电场集群电网络;若是干线式分布的风电场集群电网络则将各个风力发电机的等效阻抗呈干线式依次接入系统中;图2为风电场干线式分布示意图;若是放射式分布的风电场集群电网络则将各个风力发电机的等效阻抗呈放射式依次并联接入系统中;图3为风电场放射式分布示意图;步骤2、求风电场集群电网络的次同步频率特性曲线;步骤3、对风电场中的风力发电机进行k-means聚类算法分群,然后进行风电场一次网络的次同步频率等值;步骤4、进行风电场次同步频率等值模型修正。图4为风力发电机串补电路示意图;所述步骤1建立单台风力发电机的等效电路,求单台风力发电机的等效阻抗的具体过程为当风力发电机经串补线路接入系统时,发电机定子中流过频率为fer的次同步电流时,其在气隙中产生角频率为2πfer的旋转磁动势,从定子端看入风力发电机,其中ωr为风力发电机的转子频率,自然谐振频率串补度k与串补线路参数的关系为1ωrC=kωr(L+Ls+Lr+LT)]]>自然谐振频率ωer也能由下式求得ωer=kωr]]>单台风力发电机的等效阻抗其中,转差率Xr为风力发电机转子电抗,Xm为互感抗,Xs为风力发电机定子电抗,XT为变压器电抗,Req为单台风力发电机的等效电阻,Xeq为单台风力发电机的等效电抗;Rr为风力发电机的转子电阻,Lr为风力发电机的转子漏感,Rs为风力发电机的定子电阻,Ls为风力发电机的定子漏感,L为串补线路的电感、C为串补线路的电容、R为串补线路的电阻,LT为变压器等效电感,j是虚单位。图5为风力发电机等效阻抗示意图;所述步骤2中求风电场集群电网络的次同步频率特性曲线的具体过程为采用串联频率扫描法,将研究的系统用正序网来模拟,网络中非待研究发电机用次暂态电抗等效,而待研究发电机采用其异步发电机模型等效,在各单台风力发电机的等效电路中的发电机转子侧放置一个单位电流源,然后改变该单位电流源频率,测量该单位电流源两端电压,该电压值即为从待研究发电机转子向系统侧看过去的等效阻抗,根据等效阻抗Zeq表达式的实虚部绘制等效电阻、等效电抗随频率变化的曲线;干线式分布的风电场集群电网络中等效阻抗表达式为Zeq=Zeq_k=(Rrs+Xr)//Xm+Rs+Xs+XT+R+jωrL+1jωrC=Req+jXeq,]]>图6为干线式分布等效阻抗示意图;放射式分布的风电场集群电网络中等效阻抗表达式为Zeq=Zeq_k+(Xd1//Xd2//…//Xdk-1//Xdk+1//…//Xdn//Xs)=Req+jXeq其中X"di为第i台风力发电机的次暂态电抗,Xs"为无穷大系统的电抗,Zeq_k为待研究的单台风力发电机的等效阻抗,n为风电场内风力发电机的台数,图7为放射式分布等效阻抗示意图。所述步骤3中对风电场中的风力发电机进行k-means聚类算法分群的具体过程为将风力发电机次同步频率特性变化情况作为分群判断标准,将分群指标dij相同的风力发电机分为一群;当风电场中存在n台风力发电机,可得n*(n-1)/2个距离;dij=q·(d1ijΣd1ij)+(1-q)·(d2ijΣd2ij)]]>dij为分群指标,表征风力发电机的次同步频率特性;其中,切比雪夫距离d1ij=max|Xi(ω)-Xj(ω)|,观测的是单台风力发电机的次频率特性;欧氏距离观测的是各台风力发电机间的相似程度;Xi(ω)为第i台风力发电机在串补度k且发电机转速为ω时的次同步频率电抗值;Xj(ω)为第j台风力发电机在串补度k且发电机转速为ω时的次同步频率电抗值;q是切比雪夫距离d1ij的权重值,取50%。所述步骤3中进行风电场一次网络的次同步频率等值的具体过程为步骤301、风电场参数等值;①发电机参数xs_eq=xsm;xr_eq=xrm;xm_eq=xmmrs_eq=rsm;rr_eq=rrm]]>xs是发电机定子的电抗,xr是发电机转子的电抗,xs_eq是发电机定子的等效电抗,xr_eq分别是发电机转子的等效电抗;xm是发电机的励磁电抗,xm_eq是发电机的等效励磁电抗;rs是发电机转子的电阻,rr是发电机转子的电阻,rs_eq是发电机定子的等效电阻,rr_eq是发电机转子的等效电阻;m为该群风力发电机的台数;②变压器参数ST_eq=mSTZT_eq=ZTm]]>ST为变压器容量,ST_eq为等效变压器容量;ZT为变压器阻抗,ZT_eq为等效变压器阻抗;步骤302、集群电网络参数简化等值后的风力发电机并网处的电压相当于等值之前相同一群中各个风力发电机并网处电压的加权的平均值,各个风力发电机的权重是它们各自的输出功率;a.干线式分布的风电场集群电网络公共连接点PCC与为第k台风力发电机的阻抗上的电压Uk之间电压差为U是并网点电压,Zi是第i台机组连接电缆线的阻抗,Pj是第j台风力发电机输出的功率;设等值风力发电机1号是将处于等效前同一个群的1到m号风力发电机等效得到的,合并前m台风力发电机的加权后的平均电压差Pi是第i台风力发电机输出的功率,Zeq_1为等效合并后风力发电机1的等效阻抗,等效合并后风力发电机1和公共耦合点间的电压差ΔUi为第i台等效风力发电机的阻抗上的电压降;等值前后得串补线路的等值阻抗其中Leq为串补线路的等效电感,Ceq为串补线路的等效电容,Req为串补线路的等效电阻;b.放射式分布的风电场集群电网络设风力发电机的功率因数近似为1,Uk和母线PCC间的电压的差值为U是风力发电机并网点的电压值,Zi是第i台风力发电机连接的电缆线的阻抗值,k是第k台等效风力发电机的阻抗,Pk是第k台等效风力发电机的有功功率;设等效风力发电机1号为将等效之前同一个群的1到m号风力发电机等值获得的,等效之前这m台风力发电机的加权的平均电压差Zeq_1为等效合并后风力发电机1的等效阻抗,等效后风力发电机1和公共耦合节点间电压差值等值前后得串补线路的等值阻抗所述步骤4中进行风电场次同步频率等值模型修正的具体过程为步骤401、获得风电场等值后次同步频率特性曲线等值后的单台风力发电机等效阻抗Z′eq表达式为:Zeq′=(Rr_eqs+jXr_eq)//jXm_eq+Rs_eq+jXs_eq+jXT_eq+Req+jωrLeq+1jωrCeq]]>其中Rr_eq为风力发电机的等效转子电阻,Xr_eq为风力发电机的等效转子电抗,Xm_eq是等效互感抗,Rs_eq为风力发电机的等效定子电阻,Xs_eq为风力发电机的等效定子电抗,XT_eq为变压器等效电抗,Leq为串补线路的等效电感,Ceq为串补线路的等效电容,Req为串补线路的等效电阻;Z′eq=R′eq+jX′eq其中R′eq为等值后的风电场等效电阻、X′eq为等值后的风电场等效电抗;步骤402风电场等值前后的误差分析风电场等值前后的误差等值前对风力发电机进行k‐means聚类算法分群,将风力发电机次同步频率特性变化情况作为分群判断标准,将具有类似次同步频率特性的风力发电机分为一群。1、2、3号风力发电机被划分为同一群。图8为三机表征的风电场等效模型示意图。进行风电场参数等值与集群电网络参数简化,获得风电场等值后次同步频率特性曲线。风电场等值前后对比示意图见图9。当前第1页1 2 3 
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1