考虑多场耦合的大容量海上风电机组并网性能分析方法与流程

bladed软件中建立大容量海上风机组的高精度气动模型、机械模型、偏航系统模型及变桨系统模型，在rt-lab仿真模块中建立大容量海上风电机组电气模型和交直流混合的电网模型，所需测试分析的真实大容量海上风电机组的主控系统、变流器控制器，并进一步组成大容量海上风电机组硬件在环仿真装置。
9.结合实测的海上风电机组并网运行期间的风速、风向、浪高、浪周期、尾流风速、湍流度、机组温度和盐碱度，搭建考虑海上风电场的微观风场、浪场、尾流场和温度场多场耦合的大容量海上风电机组的并网性能分析平台；该并网性能分析平台可以模拟多场耦合影响下海上风电机组并网运行时的测试环境，包括：特定的风速、风向、浪高、浪周期、尾流风速、湍流度、机组温度和盐碱度等。
10.所述并网性能分析装置包括：数据获取模块、指标评估模块、综合分析模块、结果输出模块以及数据存储模块。
11.所述并网性能分析装置通过实时获取海上风电机组硬件在环仿真装置中的运行测试数据，对大容量海上风电机组的电网适应性、故障穿越能力、电能质量、功率控制能力以及电网主动支撑能力进行评估，并根据评估结果对其并网性能进行综合评价分析；所述运行测试数据至少包括风电机组并网点的电压、电流、频率、有功无功、三相不平衡度、闪变、总谐波畸变率，以及风电机组运行测试时的电气信号、运行状态信号、功率调节信号、电压调节信号等数据。
12.数据获取模块包括：数据采集单元和数据处理单元；数据采集单元能够实时采集大容量海上风电机组并网性能分析测试的数据，并将其传送至数据处理单元；数据处理单元用于对采集到的数据进行处理与修复，包括对数据异常值处理和数据缺失值处理。
13.指标评估模块用于对大容量海上风电机组的并网性能的各项指标进行评估分析，包括数据特征提取单元和指标计算评估单元；数据特征提取单元用于提取所述数据获取模块获取到的数据的特征；指标计算评估单元基于提取到的数据特征对并网性能的各项指标进行计算和评估。
14.综合分析模块基于所述指标评估模块的指标计算评估结果，对大容量海上风电机组并网的整体性能进行评价分析。
15.所述结果输出模块用于接收大容量海上风电机组并网性能综合分析结果，生成相应的并网性能分析报告，并将报告输出至可视化人机界面。
16.所述数据存储模块用于存储所述数据获取模块获取到的实时数据以及保存并网性能分析报告。
17.所述步骤2中，大容量海上风电机组并网性能分析指标评价体系包括：电网适应性、故障穿越能力、电能质量、有功功率控制能力、无功功率控制能力和电网主动支撑能力6个一级指标以及16个二级指标；电网适应性的二级指标包括：电压偏差适应性和频率偏差适应性；故障穿越能力的二级指标包括：电压跌落期间维持并网时间和电压恢复能力；电能质量的二级指标包括：闪变、谐波畸变率和三相不平衡度；有功功率控制能力的二级指标包括：有功功率调节偏差、有功功率调节响应时间和有功功率控制超调量；无功功率控制能力的二级指标包括：功率因数调节能力和无功功率调节响应时
间；电网主动支撑能力的二级指标包括：频率主动支撑能力、频率主动支撑响应时间、电压主动支撑能力和电压主动支撑响应时间。
18.结合大容量海上风电机组并网性能分析指标评价体系，通过实时采集大容量海上风电机组并网运行测试的数据，分析计算大容量海上风电机组各项并网性能指标的特征值；其次建立基于海上风电机组并网性能指标的统一评估模型，对大容量海上风电机组的各项并网性能指标进行评估。
19.构建的海上风电机组并网性能指标统一评估模型为：其中，表示第i个并网性能评价项目第j项指标的评估分数；为该指标的计算值，为该指标的参考值；正向指标是指数值越大，并网性能越优的指标；负向指标是指数值越小，并网性能越优的指标；定值指标是指数值越接近某个定值，并网性能越优的指标。
20.所述步骤3中，首先采用层次分析法来确定并网性能分析项目中各项指标的权重，根据不同指标对于并网性能的重要程度，得到指标权重矩阵为：其次结合指标权重矩阵以及各项并网性能指标评估结果，采用综合评价模型来对大容量海上风电机组的并网性能进行综合评价分析，所述综合评价模型为：其中，s表示风电机组的综合并网性能；为第i个并网性能评价项目第j项指标的权重；表示该指标的评估分数；m表示风电机组并网性能评价项目的个数；n表示并网
性能评价项目中的评价指标的个数。
21.与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明搭建了大容量海上风电机组的并网性能分析平台，对大容量海上风电机组并网性能的各项指标进行评估分析，得到风电机组的综合并网性能，并输出分析报告，实现大容量海上风电机组并网运行性能准确、有效客观地分析和评价。
附图说明
22.图1为本发明考虑多场耦合的大容量海上风电机组并网性能分析方法流程图。
23.图2为本发明考虑多场耦合的大容量海上风电机组的并网性能分析平台架构图。
24.图3为大容量海上风电机组并网性能分析指标评价体系图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
26.如图1所示的为本发明提供的一种考虑多场耦合的大容量海上风电机组并网性能分析方法流程图，具体内容如下：步骤1：基于现有的风电机组硬件在环仿真装置架构，搭建考虑海上风电场的微观风场、浪场、尾流场、温度场多场耦合的大容量海上风电机组的并网性能分析平台。
27.大容量海上风电机组的并网性能分析平台包括上述大容量海上风电机组硬件在环仿真装置和并网性能分析装置两部分组成，其中，大容量海上风电机组硬件在环仿真装置可以对海上风电机组的各项性能进行测试，并网性能分析装置主要对海上风电机组并网性能进行评价分析。
28.所述大容量海上风电机组硬件在环仿真装置，即在gh bladed软件中建立大容量海上风机组的高精度气动模型、机械模型、偏航模型以及变桨模型；在rt-lab仿真模块中建立大容量海上风电机组电气模型和交直流混合的电网模型；与所需要测试大容量海上风电机组的主控系统、变流器控制器共同组成联合硬件在环仿真装置。
29.大容量海上风电机组可以采用直流输电和交流输电两种输电方式，其中采用所述直流输电方式的电网模型包括：升压变压器、集电线路、送端变流器、输电线路、受端变流器以及交流大电网；所述电网模型可以模拟真实电网的各种故障和运行状态。
30.在大容量海上风电机组硬件在环仿真装置的基础上，结合实测的海上风电机组并网运行期间的风速、风向、浪高、浪周期、尾流风速、湍流度、机组温度、盐碱度，搭建考虑海上风电场的微观风场、浪场、尾流场、温度场多场耦合的大容量海上风电机组的并网性能分析平台；该平台能够输出特定的风速、风向、浪高、浪周期、尾流风速、湍流度、机组温度、盐碱度等信号给风电机组硬件在环仿真装置，模拟多场耦合影响下海上风电机组并网运行时的极端测试环境。
31.图2为本发明考虑多场耦合的大容量海上风电机组并网性能分析平台架构图。
32.gh bladed软件中的仿真模型与主控系统相互连接通信，rt-lab仿真模块与主控系统、变流器控制器相互连接通信，rt-lab仿真模块通过自带的io接口板块与其他模块进行信息交互；并网性能分析装置则是采用can总线与gh bladed软件中的仿真模型及rt-lab
仿真模块进行通信。
33.并网性能分析装置具有模式切换、数据采集、数据分析、数据存储、报告生成的功能，通过实时获取风电机组硬件在环仿真装置中并网点的电压、电流、频率、有功无功、三相不平衡度、闪变、总谐波畸变率以及风电机组运行测试时的电气信号、运行状态信号、功率调节信号、电压调节信号数据，对大容量海上风电机组的电网适应性、故障穿越能力、电能质量、功率控制能力、电网主动支撑能力进行评估，并根据评估结果对其并网性能进行综合评价分析。
34.并网性能分析装置由以下功能模块组成：数据获取模块、指标评估模块、综合分析模块、结果输出模块以及数据存储模块。
35.数据获取模块包括数据采集单元和数据处理单元；数据采集单元能够实时采集大容量海上风电机组并网性能分析测试的数据，并将其传送至数据处理单元；数据处理单元能够对采集到的数据进行处理与修复，包括对数据异常值处理和数据缺失值处理；其中对发现异常值进行删除，对因异常删除的数据和缺失的数据采用取前后两个数据平均值的方法进行补齐。
36.指标评估模块用于对大容量海上风电机组的并网性能的各项指标进行评估分析。
37.综合分析模块能够基于所述指标评估模块的指标计算评估结果，对大容量海上风电机组并网的整体性能进行评价分析。
38.结果输出模块能够接收大容量海上风电机组并网性能综合分析结果，生成相应的并网性能分析报告，并将报告输出至可视化人机界面。
39.数据存储模块能够存储风电机组并网运行的实时数据以及保存并网性能分析报告；用户可通过数据存储模块来查阅风电机组的历史运行数据以及历史并网性能分析报告。
40.步骤2：根据并网性能分析指标评价体系，构建海上风电机组并网性能指标评估模型；如图3所示为所述大容量海上风电机组并网性能分析指标评价体系，包括6个一级指标和16个二级指标。
41.所述一级指标包括：电网适应性、故障穿越能力、电能质量、有功功率控制能力、无功功率控制能力以及电网主动支撑能力；电网适应性的二级指标包括：电压偏差适应性和频率偏差适应性；故障穿越能力的二级指标包括：电压跌落期间维持并网时间和电压恢复能力；电能质量的二级指标包括：闪变、谐波畸变率和三相不平衡度；有功功率控制能力的二级指标包括：有功功率调节偏差、有功功率调节响应时间和有功功率控制超调量；无功功率控制能力的二级指标包括：功率因数调节能力和无功功率调节响应时间；电网主动支撑能力的二级指标包括：频率主动支撑能力、频率主动支撑响应时间、电压主动支撑能力和电压主动支撑响应时间。
42.结合大容量海上风电机组并网性能分析指标评价体系，通过实时采集大容量海上风电机组并网运行测试的数据，分析计算大容量海上风电机组各项并网性能指标的特征
值；并建立基于海上风电机组并网性能指标的统一评估模型。
43.构建的海上风电机组并网性能指标统一评估模型为：其中，表示第i个并网性能评价项目第j项指标的评估分数；为该指标的计算值，为该指标的参考值；正向指标是指数值越大，并网性能越优的指标；负向指标是指数值越小，并网性能越优的指标；定值指标是指数值越接近某个定值，并网性能越优的指标。
44.对大容量海上风电机组的各项并网性能指标进行评估计算；（1）电网适应性分析分析指标及评价标准：a）当并网点电压在标称电压的90%~110%之间时，风电机组应能正常运行；b）当电网频率处于不同的范围时对风电机组的要求如表1所示。
45.表1（2）故障穿越能力分析分析指标及评价标准：a）风电机组并网点电压因故障跌至20%标称电压时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行625ms；b）风电机组并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到标称电压的90%时；风电机组应保证不脱网连续运行。
46.（3）电能质量分析分析指标及评价标准：a）分析风电机组在其并网点引起的长时间闪变值是否符合gb/t 12326的要求；b）分析风电机组向电网注入的各次谐波电流是否符合gb/t 14549的要求。
47.（4）有功功率控制能力分析分析指标及评价标准：a）风电机组有功功率设定值控制允许的最大偏差不超过风电机组额定功率pn的5%；b）设定值变化量低于0.2pn时，响应时间不超过10s，设定值变化量达到0.8pn，响应时间不超过30s；c）风电机组有功功率设定值控制超调量不超过风电机组额定功率的10%。
48.（5）无功功率控制能力分析分析指标及评价标准：a）风电机组应满足功率因数在超前0.95~滞后0.95的范围内动态可调；b）风电机组的无功功率调节的稳态控制响应时间不超过30s；（6）电网主动支撑能力分析分析指标及评价标准：a）当风电机组并网点频率发生变化并越过一次调频死区时，风电机组能根据频率下垂曲线调整有功功率输出，有功调节偏差在额定出力的
±
5%以内，响应时间不超过30s。
49.b）当风电机组并网点电压发生变化时，风电机组能够提供的无功功率调节能力，包括无功功率响应时间和调节裕度，无功调节偏差在
±
5%以内，响应时间不超过30s。
50.步骤3：结合风电机组各项并网性能指标的评估结果，采用基于层次分析法的综合评价模型来对大容量海上风电机组的并网性能进行综合评价分析；考虑不同的指标对于风电机组并网性能的重要程度不一致，采用层次分析法来确定并网性能分析项目中各项指标的权重，得到的指标权重矩阵为：基于指标权重矩阵以及各项并网性能指标评估结果，通过综合评价模型来对大容量海上风电机组的并网性能进行综合评价分析，所述综合评价模型为：其中，s表示风电机组的综合并网性能；为第i个并网性能评价项目第j项指标的权重；表示该指标的评估分数；m表示风电机组并网性能评价项目的个数；n表示并网性能评价项目中的评价指标的个数。
51.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。