专利名称：适于电力系统小扰动稳定分析的双馈风电场等值建模方法
技术领域：
本发明涉及电气工程技术统，特别是涉及电力系统中并网型双馈风电机组风电场 的建模方法。
背景技术：
近年来，我国风电场建设一直保持高速发展态势，随着风电装机规模的快速增长， 风电场对电力系统的影响日益凸显，风电场建模及其对电力系统动态特性影响成为本领域 的研究热点。由于大型风电场的机组数目可达到数十至百余台，在电力系统稳定分析时，如 果所有机组都使用详细模型，其计算开销难以承受，所以建立风电场等值模型非常必要。文 献[1]提出了含风电机组的连续潮流计算模型，可用于静态电压稳定研究；文献[2]利用奇 异摄动理论建立风电场降阶模型；文献[3-5]用一台风轮机和一台双馈电机的组合代替风 电场，用于研究风电场动态行为以及对电网阻尼特性的影响；文献[6]将风电场机组分群 之后，等值为多机系统，模拟精度有一定提高；文献[7]给出的等值模型考虑到了风电场的 尾流效应，计及了风机位置对注入风速的影响。在电力系统稳定性研究中，以往的等值模型尚存在以下不足①片面强调风速变 化引起的风电场功率响应，在暂态稳定性分析时，首摆失稳问题所关心的时间尺度不超过2 秒，在如此短的时段内讨论风速波形及风速变化意义不大。此外，对于小扰动稳定问题，无 论是平衡点稳定性还是结构稳定性，都和风速波形没有直接联系。②片面追求曲线吻合程 度。在校验等值模型有效性时，曲线吻合程度不一定是科学的评价指标。对于暂态稳定性， 应当以功率极限或临界切除时间为评价指标；对于小扰动稳定性，当着重校验主导模式的 频率和阻尼。因此，在风电场等值建模问题上，应当面向具体问题的需要，根据问题性质提 出等值策略，并科学评价等值模型的有效性。[1]王成山，孙玮，王兴刚(WANG Chengshan, SUN Wei, WANG Xinggang)。含大 型风电场的电力系统最大输电能力计算(Total transfer capability of power system including large-scale wind farm) [J]. 电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems), 2007，31(2) :17-21, 31;M. G. Castro, J. M. Ferreira. A wind park reduced-order model using singular perturbations theory[J]. IEEE transactions on Energy Conversion, 1996， 11(4):735-741；L. Μ. Fernandez, F. Juradob, J. R. Saenz. Aggregated dynamic model for wind farms with doubly fed induction generator wind turbines [J]· Renewable Energy, 2008， 33(1):129-140 ；G. G. Miguel, M. P. Comech, J. Sallan, A. Llombart. Modelling wind farms for grid disturbance studies [J]· Renewable Energy, 2008, 33 (1):2109-2121 ；王忱，石立宝，姚良忠，等·(WANGChen, SHI Libao, YAO Liangzhong, et al)， 大规模双馈型风电场的小扰动稳定分析(Small signal stability analysis of thelarge-scale wind farm with DFIGs) [J]. 中国电机工禾呈学 艮(Proceedings of the CSEE), 2010，30(4) :63-70 ；Akhmatov V, Knudsen H. An aggregated model of a grid-connected, large-scale offshore wind farm for power stability investigations—importance of windmill mechanical system. Electric Power Energy Syst. 2002, 24: 709 -717 ；L. Μ. Fernandez, C. A. Garcia, F. Jurado, J. R. Saenz. Aggregation of Doubly Fed Induction Generators Wind Turbines Under Different Incoming Wind Speeds[C]// IEEE Power Tech conference, St. Petersburg, Russia:2005。
发明内容
基于上述现有技术，本发明提出了一种适于电力系统小扰动稳定分析的双馈风电 场等值建模方法，提出了将并网点频率作为边界信号，将风电场等效为一个受电网频率控 制的功率源，简化地实现风电场等值建模的方法。
本发明提出了一种适于电力系统小扰动稳定分析的双馈风电场等值建模方法，将并网 点频率作为边界信号，将风电场等效为一个受电网频率控制的功率源，使得双馈风电场由 高维动态模型简化成代数约束方程，该方法包括以下步骤 步骤1，建立正弦激励下双馈电机的小扰动功率响应模型
设双馈风电场中的具有一台双馈风电机组，其中并网点B的电网频率为 电压幅值为& ￠)；
设 ( )发生小值正弦振荡，即么 = JsmOf^j4是振幅是振荡频率。取 J= O.Olp.a , = 2.0Hz ,机组有功输出的第一波形曲线；
再令= JsmOfi) , J= O.Olp.u. , = 2.0Hz ,机组有功输出的第二波形曲线； 其中，第一波形曲线的振荡幅度为60kW，第二波形曲线的振荡幅度为2 kff ； 步骤2 ；将单台机组的传递函数矩阵GO)进行简化处理，还包括以下步骤 第一步根据正弦激励下双馈电机的功率响应相关处理的分析结论，忽略输入信号 的作用，即在风电场动态子系统的传递函数矩阵&(>)中，忽略GW(S)和σ,ο)，将
Gd(s)简化为Gd(s)
权利要求
1. 一种适于电力系统小扰动稳定分析的双馈风电场等值建模方法，将并网点频率作为 边界信号，将风电场等效为受电网频率控制的功率源，使得双馈风电场由高维动态模型简 化成代数约束方程，该方法包括以下步骤步骤(1)，建立正弦激励下双馈电机的小扰动功率响应模型设双馈风电场中的只有一台双馈风电机组，其中并网点B的电网频率为 W,电压幅值为& (0 ；设 ( :)发生小值正弦振荡，即^ =-!!!!^/), J是振幅&是振荡频率。取 A= O.Olp.u. , = 2.0Hz ,机组有功输出的第一波形曲线；再令= Jsm( ω/) , J= O.Olp.u. , = 2.0Hz ,机组有功输出的第二波形曲线； 其中，第一波形曲线的振荡幅度为60kW，第二波形曲线的振荡幅度为2 kff ； 步骤(2)，将单台机组的传递函数矩阵Gfi(S)进行简化处理，还包括以下步骤 第一步根据正弦激励下双馈电机的功率响应相关处理的分析结论，忽略输入信号 的作用，即在风电场动态子系统的传递函数矩阵OiO)中，忽略GW(S)和0^闲，将Gii (S)简化为G^(的其中，G^(句代表并网母线频率的输入，以风机有功为输出的传递函数；G^ O)表示以并网母线频率的输入，以风机无功为输出的传递函数；GWO)表示以并网母线电压为输入，以风机有功为输出的传递函数；表示以并网母线电压为输入，以风机无功为输 出的传递函数；对于常规电网动态子系统的传递函数矩阵G5O), 是其输出信号，相应地，OJ劝 简化为G^⑷，有G1(S)= [Gii,(ε) G^(S)]；第二步考虑G'd(s)在正弦激励下的稳态特性，在正弦稳态情形下，风电机组的输出 量^!^和都为正弦相量和Δ&。的作用只是一个复增益矩阵=^1勾，其Λ _'ZOpJjml)，φ —简化后的电网子系统(《(句)为二输入单输出系统；双馈机组(『兄⑷)为单输入二输 出系统；步骤(3)，双馈风电场与电网的简化接口处理，包括设风电场安装η台双馈风电机组，这η台机组的上游是共同母线B，当常规电网出现小值振荡时，对于任一台机组，它的输入变量都是相量；结合η台机组的并列关系，风电场总的功率输出AA和AGj是各台双馈机组功率输出的相量叠加。整个η机风电场与电网 的交互作用表达式为
2.如权利要求1所述的适于电力系统小扰动稳定分析的双馈风电场等值建模方法，其特征在于，所述根据单台双馈风电机组的数学模型，线性化后计算《^0),并求出复增益矩阵i的步骤，当风电场中同种型号的机组具有相同的Γ阵，仅计算一台双馈风电机组。
全文摘要
本发明公开了一种适于电力系统小扰动稳定分析的双馈风电场等值建模方法，将并网点频率作为边界信号，将风电场等效为一个受电网频率控制的功率源，使得双馈风电场由高维动态模型简化成的代数约束方程，与现有技术相比，本发明使得风电场由高维动态模型简化成一个简单的代数约束方程，极大简化了对风电场的数学建模。经过多种情形下的仿真研究证实，本发明的等值简化模型对于分析含风电场的电力系统机电模式特征值是有效的。
文档编号H02J3/24GK102136036SQ201110070510
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者余贻鑫, 曾沅, 郝正航 申请人:天津大学