基于现场实测数据的新能源电站STATCOM机电暂态建模方法与流程

本发明属于新能源机电暂态建模，具体涉及一种基于现场实测数据的新能源电站statcom机电暂态建模方法。

背景技术：

1、现阶段对于statcom的研究主要集中在其数学模型建立及控制策略研究方面，对statcom机电暂态模型建立及参数辩识的研究较少。然而，随着新能源电站的大规模并网，电力系统短路容量不断下降的情况下，在调度部门的大电网仿真计算中，急需基于实际工程应用的模型参数，使仿真模型的响应特性与实际相应特性一致。

2、目前statcom机电暂态模型的参数多采用典型参数或来自厂家的推荐参数，常用的参数辨识方法也大多基于硬件在环仿真，导致仿真计算结果与实际情况不符，对工程应用的指导意义有限。

3、因此如何克服现有技术的不足是目前新能源机电暂态建模技术领域亟需解决的问题。

技术实现思路

1、针对“目前statcom机电暂态模型的参数多采用典型参数或来自厂家的推荐参数，常用的参数辨识方法也大多基于硬件在环仿真，导致仿真计算结果与实际情况不符，对工程应用的指导意义有限”这一问题。本发明的目的是为解决现有技术的不足，提供一种基于现场实测数据的新能源电站statcom机电暂态建模方法，通过实测数据辩识statcom机电暂态模型需要的所有参数，使仿真模型的响应特性与实际相应特性一致。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于实测数据的新能源电站statcom机电暂态建模方法，包括如下步骤：

4、步骤(1)，现场测试：开展新能源电站statcom性能及故障穿越现场测试，并记录测试全过程数据；

5、步骤(2)，模型搭建：利用psd电力系统分析软件搭建statcom机电暂态模型，statcom机电暂态模型包括稳态和暂态两种运行方式，稳态运行方式又分为定电压控制方式和定无功控制方式两种；

6、步骤(3)，在定电压控制模式下稳态参数辩识：

7、(3.1)根据现场测试statcom在电压跌落或升高但未进入高、低电压穿越时，计算statcom实测响应时间t1及响应延迟时间t2，然后设定statcom机电暂态模型参数：响应延迟时间ts＝t2，若t1>10ms，则比例环节时间常数tp＝10ms，滤波器和测量回路的时间常数t1＝t1-tp，若t1<10ms，则t1＝t1；

8、(3.2)计算statcom机电暂态模型的v-i特性曲线斜率kd；

9、kd＝(umax-umin)/(icmax-ilmax)                                (1)

10、其中：umax为现场测试statcom容性满发时的电压，umin为现场测试statcom感性满发时的电压，icmax为现场测试statcom容性额定电流，ilmax为现场测试statcom感性额定电流；

11、(3.3)将现场测试statcom比例环节的放大倍数作为机电暂态模型参数的比例环节的放大倍数kp；

12、将现场测试statcom积分环节的放大倍数作为机电暂态模型参数的比例环节的放大倍数ki；

13、步骤(4)，在定电压控制模式下稳态参数调整：基于步骤(3)的参数辨识结果，计算statcom机电暂态模型的稳态响应结果与现场测试statcom稳态响应结果的比对偏差是否满足预设要求；若满足预设要求，则辩识结束，将步骤(3)的参数辨识结果作为statcom机电暂态模型的在定电压控制模式下最终稳态参数；若不满足要求，则调整kp或ki直至满足要求；若通过调整kp或ki也无法满足要求，则调整kd直至满足偏差要求，并将调整后的参数作为statcom机电暂态模型的在定电压控制模式下最终稳态参数；

14、步骤(5)，在定无功控制模式下稳态参数辩识：

15、(5.1)根据现场测试statcom在电压跌落或升高但未进入高、低电压穿越时，计算statcom实测响应时间t1及响应延迟时间t2，然后设定statcom机电暂态模型参数：响应延迟时间ts＝t2，若t1>10ms，则比例环节时间常数tp＝10ms，滤波器和测量回路的时间常数t1＝t1-tp，若t1<10ms，则t1＝t1；

16、(5.3)将现场测试statcom比例环节的放大倍数作为机电暂态模型参数的比例环节的放大倍数kp；

17、将现场测试statcom积分环节的放大倍数作为机电暂态模型参数的比例环节的放大倍数ki；

18、步骤(6)，在定无功控制模式下稳态参数调整：基于步骤(5)的参数辨识结果，计算statcom机电暂态模型的稳态响应结果与现场测试statcom稳态响应结果的比对偏差是否满足预设要求；若满足预设要求，则辩识结束，将步骤(5)的参数辨识结果作为statcom机电暂态模型的在定无功控制模式下最终稳态参数；若不满足要求，则调整kp或ki直至满足要求；若通过调整kp或ki也无法满足要求，则调整kd直至满足偏差要求，并将调整后的参数作为sta tcom机电暂态模型的在定无功控制模式下最终稳态参数；

19、步骤(7)，暂态参数参数辩识：

20、(7.1)将现场测试statcom高电压穿越实际进入槛uth及退出门槛uth1作为statcom机电暂态模型的高电压穿越进入槛uth及退出门槛uth1；

21、(7.2)将现场测试statcom低电压穿越实际进入槛utl及退出门槛utl1作为statcom机电暂态模型的低电压穿越进入槛utl及退出门槛utl1；

22、(7.3)根据新能源电站statcom高、低电压穿越现场测试数据，计算st atcom机电暂态模型的低穿和高穿期间的无功电流支撑系数k1和k2：

23、

24、其中：k1和k2分别为statcom机电暂态模型的低穿和高穿期间的无功电流支撑系数，iq0为现场测试故障穿越前statcom的稳态初始无功电流，i0为现场测试故障穿越期间statcom的暂态无功电流，u1和u2分别为现场测试低穿和高穿时statcom控制节点的电压。

25、(7.4)根据新能源电站statcom现场测试数据计算statcom高电压穿越的无功电流响应时间、响应延迟时间、恢复时间及恢复延迟时间，作为stat com机电暂态模型高电压穿越的响应时间、响应延迟时间、恢复时间及恢复延迟时间；

26、(7.5)根据新能源电站statcom现场测试数据计算statcom低电压穿越的无功电流响应时间、响应延迟时间、恢复时间及恢复延迟时间，作为stat com机电暂态模型低电压穿越的响应时间、响应延迟时间、恢复时间及恢复延迟时间；

27、步骤(8)，暂态参数调整：基于步骤(7)的参数辨识结果，计算statco m机电暂态模型的高电压穿越响应结果与现场测试statcom的高电压穿越响应结果的比对偏差是否满足预设要求；

28、计算statcom机电暂态模型的低电压穿越响应结果与现场测试statcom的低电压穿越响应结果的比对偏差是否满足预设要求

29、若均满足预设要求，则辩识结束，将步骤(7)的参数辨识结果作为statcom机电暂态模型的最终暂态参数；

30、若不满足要求，则修改statcom无功电流支撑系数k1和k2直至均满足偏差要求，并将调整后的参数作为statcom机电暂态模型的最终暂态参数；

31、步骤(9)，参数获取及仿真：采用步骤(4)获得的在定电压控制模式下最终稳态参数、步骤(6)获得的在定无功控制模式下最终稳态参数和步骤(8)获得的最终暂态参数作为statcom机电暂态模型的参数，从而完成statcom机电暂态模型的构建，利用该构建好的statcom机电暂态模型进行仿真。

32、进一步，优选的是，步骤(2)中，psd电力系统分析软件statcom的机电暂态模型包括vg卡、vg+卡、vgq-qcon卡、vgq-lvrt卡和vgq-hvrt卡。

33、进一步，优选的是，步骤(4)中，调整时：

34、若模型未发生无功出力震荡，statcom的机电暂态模型无功出力小于现场测试statcom的实际无功出力，则增大kp；反之，则减小kp；

35、若模型发生无功出力震荡，则减小kp；

36、若statcom的机电暂态模型的无功出力故障前大于故障后，则增大ki，反之则减小ki。

37、进一步，优选的是，步骤(4)、步骤(6)和步骤(8)中，预设要求不低于nb/t31053-2021风电机组电气仿真验证规程的相关偏差要求。

38、进一步，优选的是，步骤(4)、步骤(6)和步骤(8)中，比对偏差具体的计算方法如下：

39、参考新能源电站并网点基波正序电压故障过程分为故障前、故障期间、故障后三个时段，每个时段分别计算新能源电站并网点基波正序电压及statcom无功电流基波正序分量的平均偏差、平均绝对偏差、最大偏差及整个时段的加权平均绝对偏差；然后分别按不同时段及不同偏差进行对比。

40、本发明中，未进入高、低电压穿越为稳态运行方式，反之为暂态运行方式。稳态运行方式又分为定电压控制方式和定无功控制方式两种，不同方式下的相关参数需要依据实测数据单独辩识；

41、本发明中，预设要求具体是不低于“nb/t31053-2021风电机组电气仿真验证规程”的相关偏差要求(由于statcom没有专门的机电暂态建模标准，因此参考风电机组的有关标准)。

42、本发明中，将新能源电站并网点基波正序电压故障过程分为故障前、故障期间、故障后三个时段，各时段划分如图1所示，每个时段分别计算平均偏差、平均绝对偏差、最大偏差及三个时段的加权平均绝对偏差；校验的电气量包括：新能源电站主变高压侧电压和statcom无功电流的基波正序分量标幺值。

43、用xsim和xmea分别表示仿真数据与实测数据基波正序分量的标幺值；第n个仿真数据xsim(n)与第n个实测数据xmea(n)的偏差为σ(n)：

44、σ(n)＝xsim(n)-xmea(n)

45、在包含n个时间步长的区间内，计算仿真数据与实测数据的平均偏差σme：

46、

47、在包含n个时间步长的区间内，计算仿真数据与实测数据的平均绝对偏差σmae：

48、

49、在包含n个时间步长的区间内，计算仿真数据与实测数据的最大偏差σmxe：

50、σmxe＝max(|σ(1)|,|σ(2)|,...,|σ(n)|)

51、计算各时段的平均绝对偏差，得到整个故障过程的加权平均绝对偏差σg_p：

52、σg_p＝0.1·σmae_pre+0.6·σmae_fault+0.3·σmae_post

53、其中：σmae_pre、σmae_fault、σmae_post分别表示故障前、故障期间和故障后平均绝对偏差。

54、本发明获取的statcom机电暂态模型的所有参数包括：

55、1、稳态控制参数：定电压模式下：滤波器和测量回路的时间常数t1，statcom响应延迟时间ts，比例环节时间常数tp，比例、积分环节的放大倍数kp、ki以及v-i特性曲线斜率kd。定无功模式除无kd外，其余同上；

56、2、暂态控制参数：高、低电压故障穿越进入和退出门槛值、响应时间、响应延迟时间、无功电流恢复延迟时间及恢复时间，无功电流支撑系数。

57、本发明与现有技术相比，其有益效果为：

58、针对目前statcom机电暂态模型的参数多采用典型参数或来自厂家的推荐参数，常用的参数辨识方法也大多基于硬件在环仿真，导致仿真计算结果与实际情况不符，对工程应用的指导意义有限这一问题，本发明研究提出了一种基于现场实测数据的新能源电站statcom机电暂态建模方法。

59、本发明方法以现场试验数据为基础对statcom机电暂态模型相关参数进行辩识，得到的仿真结果更有针对性和实用性，能很好的贴合该机组实际情况；并且适用于不同厂家不同型号的statcom装置，具有普适性。