一种适用于短路电流分析的直驱风机仿真模型修正方法与流程

1.本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种适用风场近区短路电流分析的直驱风机仿真模型控制系统修正方法。


背景技术：

2.在电力系统运行中，短路故障是最常见的故障之一，其产生的短路电流会对电力系统的安全稳定运行造成严重影响和后果。目前我国受端电网普遍面临着短路电流超标风险，在电网短路电流水平整体较低时，新设备并网主要关注其对电网稳定特性的影响，其对短路电流的助增效果仅需简单评估。随着电网短路电流水平逐步接近或达到开关额定遮断容量，新设备特别是大容量风力发电设备并网时需重点关注其对短路电流水平的影响。从应用场景来看，以提高系统效率和效益、提高电能供给质量、支撑新的能源交易模式等为代表的海上风电、分布式风电系统等多集中于我国受端电网。上述电网已经面临严峻的短路电流超标问题，往往通过分区互联、电磁环网解环等方式降低运行风险。随着储能系统容量占比不断提高，对交流系统短路电流影响不容忽视，亟需提出适合短路电流研究的风机仿真建模方法。


技术实现要素：

3.本发明提出的一种适用于短路电流分析的直驱风机仿真模型修正方法，能够通过时域故障仿真分析，迭代调整风场直驱风机同短路电流相关计算参数，以实现风场近区短路电流的精细化分析。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种适用于短路电流分析的直驱风机仿真模型修正方法，包括以下步骤：建立直驱风机仿真控制模型；对所述直驱风机仿真控制模型进行风场近区单相/三相短路故障时域仿真，分析故障电流特性，判断是否需要对直驱风机换流器控制环节调整；分析直驱风机机端出口短路电流分量的正序电流分量，判断是否需要对直驱风机换流器电流控制环节调整；分析直驱风机换流器出口电流正序无功分量大小，判断是否符合低穿无功支撑能力要求；判断所述直驱风机仿真控制模型是否满足短路电流分析精度需求，若不满足，则更换风场近区单相/三相短路故障时域仿真中的短路故障条件设置及故障位置，迭代仿真分析，直到满足短路电流分析精度需求，完成直驱风机电磁暂态建模。
5.优选地，建立直驱风机仿真控制模型包括：建立直驱型风力发电机典型电磁暂态仿真模型，并设置所述直驱型风力发电机典型电磁暂态仿真模型的直驱风机典型控制方式和故障穿越策略；建立直驱风机风场接入电网近区电磁暂态仿真典型数据模型。
6.优选地，分析故障电流特性，判断是否需要对直驱风机换流器控制环节调整，具体包括：判断故障电流存在负序分量，当故障电流存在负序分量时，在直驱风机换流器电流控制环节中增加负序抑制环节，以抑制单相/三相故障期间出现的负序电流分量，反之进入下一步骤。
7.优选地，分析直驱风机机端出口短路电流分量的正序电流分量，判断是否需要对直驱风机换流器电流控制环节调整，具体包括：若正序分量大于设定倍数的风机换流器额定电流时，则在直驱风机换流器电流控制环节中增加正序限幅环节，以抑制故障期间出现的非正常电流峰值，反之进入下一步骤。
8.优选地，设定倍数的风机换流器额定电流的倍数为1.1倍。
9.优选地，在所述正序限幅环节中，限幅倍数设定为1.1-1.2倍。
10.优选地，所述低穿无功支撑能力要求为国家标准《gbt 19963-2011 风电场接入电力系统技术规定》的低穿无功支撑能力要求。
11.优选地，分析直驱风机换流器出口电流正序无功分量大小，判断是否符合低穿无功支撑能力要求，具体包括：当直驱风机换流器出口电流正序无功分量大小不符合低穿无功支撑能力要求时，在直驱风机换流器电流控制环节中增加有功-无功电流低穿控制策略，以向电网提供无功电压支撑，反之进入下一步骤。
12.与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果： 1、本发明所提供的适用于短路电流分析的直驱风机仿真模型修正方法，建立直驱风机仿真控制模型，对直驱风机仿真控制模型进行风场近区单相/三相短路故障时域仿真，分析故障电流特性，判断是否需要对直驱风机换流器控制环节调整；分析直驱风机机端出口短路电流分量的正序电流分量，判断是否需要对直驱风机换流器电流控制环节调整；分析直驱风机换流器出口电流正序无功分量大小，判断是否符合低穿无功支撑能力要求；判断所述直驱风机仿真控制模型是否满足短路电流分析精度需求，若不满足，则更换风场近区单相/三相短路故障时域仿真中的短路故障条件设置及故障位置，迭代仿真分析，直到满足短路电流分析精度需求，完成直驱风机电磁暂态建模。本发明能够在满足风机单机建模一般要求基础上，依据国家标准等相关运行要求，通过风场近区交流故障电磁暂态迭代仿真，调整风场直驱风机同短路电流相关计算参数，以实现风场近区短路电流的精细化分析。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1是本发明一种适用于短路电流分析的直驱风机仿真模型修正方法的流程图；图 2是本发明其中一个实施例的直驱型风电场站近区故障结构图；图3是本发明其中一个实施例的负序抑制环节增加前电流曲线；图4是本发明其中一个实施例的负序抑制环节增加后前电流曲线；图5国标gbt 19963-2011规定风机低穿能力要求；图6是本发明其中一个实施例的增加无功支撑以及限幅策略后直驱风机机端出口
电流曲线。
具体实施方式
15.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.故障期间风场近区短路电流水平同风机模型，尤其是其控制系统故障穿越策略密切相关，本发明针对故障距离直驱型风机风场电气距离较近，故障期间风场未退出情况，结合风力发电故障穿越策略和无功支撑需求，提出适用于短路电流分析的直驱风机仿真模型修正方法，如图1所示，包括以下步骤：s1、建立直驱风机仿真控制模型；具体 包括：s11、建立直驱型风力发电机典型电磁暂态仿真模型，并设置所述直驱型风力发电机典型电磁暂态仿真模型的直驱风机典型控制方式和故障穿越策略，其中控制方式设备通常采用定有功/无功功率控制（p-q控制）和定功率因数控制两种，依据设备实际情况进行选择；故障穿越策略涉及高低压、高低频穿越相关参数以及低压无功支撑相关逻辑参数（具体在国标《gbt 19963-2011 风电场接入电力系统技术规定》中均有要求说明），工程常用的仿真模型故障穿越策略一般为通用参数（通用参数能够适用于传统系统分析工作，但是不能够支撑短路电流分析，故本专利开展模型修正工作），依据设备实际情况选择典型故障穿越策略库中相关流程参数；s12、建立直驱风机风场接入电网近区电磁暂态仿真典型数据模型；s2、对所述直驱风机仿真控制模型进行风场近区单相/三相短路故障时域仿真，分析故障电流特性，判断是否需要对直驱风机换流器控制环节调整，若是故障电流存在负序分量，则进入步骤s3，反之进入步骤s4；s3、在直驱风机换流器电流控制环节中增加负序抑制环节，以抑制单相/三相故障期间出现的负序电流分量，然后进入下一步骤；s4、分析直驱风机仿真控制模型中直驱风机机端出口短路电流分量的正序电流分量，判断是否需要对直驱风机换流器电流控制环节调整，若正序分量大于设定倍数的风机换流器额定电流时，则进入步骤s5，反之进入步骤s6；其中，定倍数的风机换流器额定电流的倍数为1.1倍；s5、在直驱风机换流器电流控制环节中增加正序限幅环节，以抑制故障期间出现的非正常电流峰值，然后进入下一步骤；其中，正序电流限幅不同于上述输出电流限幅，正序限幅大于等于输出电流限幅。但在故障电流超标场景下该限幅倍数不应大于1.2倍为宜，因此，在所述正序限幅环节中，限幅倍数设定为1.1-1.2倍；s6、分析直驱风机仿真控制模型中直驱风机换流器出口电流正序无功分量大小，判断是否符合低穿无功支撑能力要求，若不符合低穿无功支撑能力要求，则进入步骤s7，反之进入步骤 s8；其中，所述低穿无功支撑能力要求为国家标准《gbt 19963-2011 风电场接入电力
系统技术规定》的低穿无功支撑能力要求；s7、在直驱风机换流器电流控制环节中增加有功-无功（d-q轴）电流低穿控制策略，以向电网提供无功电压支撑，然后进入下一步骤；s8、判断所述直驱风机仿真控制模型是否满足短路电流分析精度需求，若不满足，则更换步骤s2风场近区单相/三相短路故障时域仿真中的短路故障条件设置及故障位置，迭代仿真分析，直到满足短路电流分析精度需求，进入下一步骤；s9、完成直驱风机电磁暂态建模，进行直驱风机仿真控制模型封装。
17.此外，在采用本发明的适用于短路电流分析的直驱风机仿真模型修正方法进行修正之前需要对风场进行校核。即本方法侧重点在于以抑制电网侧短路电流为目标，以风机控制参数修正为手段。通过仿真分析，对超标风险较高地区进行短路电流扫描计算，若超标风险较高则对近区风机进行参数优化校正。重点在于参数校正环节和相关方法。最终取得接入电网短路电流风险降低的目标。
18.所提电网短路电流扫描均指以国标规定方法，通过sccp或psasp、以及其他被认可的工程短路电流分析软件工具，进行的电网短路电流计算。
19.超标风险则是根据实际电网调度运行控制单位所认可的标准，比如某电压等级超标门槛值为60ka，计算结果大于55ka，则认为超标风险较高，需要进行优化调整。
20.对本发明适用于短路电流分析的直驱风机仿真模型修正方法的实施例进行详细说明，以使本领域技术人员更了解本发明：通过国内某规划直驱型风机风力发电场近区母线交流单相短路电流分析场景为例，分析本专利提出方法适用性。
21.图2为该实例的直驱型风电场站近区故障结构图，其中各台风机通过箱变分别接入35kv馈线中，并网母线通过35kv联络线、115kv/35kv联络变压器接入交流电网。故障位置为联络变压器的115kv侧。示例故障类型为三相故障。
22.三相故障持续期间，分析图3电流曲线特性， 能够判明故障瞬间存在少量的二倍频波动分量，进入步骤s3在模型中增加负序电流抑制环节，对比增加负序抑制后的图4电流特性波形，能够看出负序电流基本被有效抑制。
23.步骤s4中，初始电流幅值超过1.3pu，增加电流限幅环节，限制到1.2倍额定电流。
24.步骤6中，分析风机输出电流中的无功分量，看是否满足图5国标中规定的无功穿越能力曲线要求，若满足，则转下一步；若不满足，则在风机控制环节中增加有功-无功电流控制环节，调整风机故障穿越时的无功出力，满足国标要求。
25.图6（上）波形为风场输出电流波形，图6（下）为风机单体输出电流波形， 可见，风机单体电流幅值为所设置的额定电流1.2倍，不含有负序分量，能够支撑短路电流分析，模型修正达到预设目标。
26.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
27.以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。