一种风电机组低电压穿越输出特性灵活仿真方法与流程

本发明属于电力系统仿真技术领域，特别涉及一种风电机组低电压穿越输出特性灵活仿真方法。

背景技术：

风电机组低电压穿越特性对并网电力系统安全稳定运行有重要影响，因此低电压穿越特性测试是风机并网的必备检测项目。风电机组的全工况低电压穿越测试是对待检测风电机组最全面的测试评判，其中全工况测试指的是不同负荷状态、不同电压跌落程度下的低电压穿越能力检测。

对风电机组全面开展全工况低电压穿越测试存在以下三个缺点：1、单一风机需要进行多次测试才能确保其在各种工况下都具有低电压穿越能力，测试过程复杂、耗时长；2、每一次测试的负荷状态和电压跌落值都是离散的，只能得到测试点的低电压穿越情况；3、实际风电场中风机种类、型号众多，鉴于测试过程的复杂性，一般只能进行抽样测试，很难做到对全部机组的全覆盖测试。

但是，为了对有大型风电场并网的电力系统进行安全性分析，必须对不同类型风机、不同运行工况下的低电压穿越输出特性进行模拟。

技术实现要素：

为了克服传统全工况低电压穿越测试存在的缺陷，本发明的目的是提供一种风电机组低电压穿越输出特性灵活仿真方法，能够实现对不同工况下风电机组低电压穿越有功功率输出的灵活仿真。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种风电机组低电压穿越输出特性灵活仿真方法，包括以下步骤：

步骤1：确定表征有功功率变化特性的特征量，包括：有功功率跌落深度P，有功功率快速爬升高度b和有功功率缓慢爬升速度a，

所述的有功功率跌落深度P，即有功功率从完全跌落到开始爬升的平均值P₂与跌落前有功功率P₁的比值，其中，完全跌落时刻指从该时刻起连续20个有功功率采样值与该时刻采样值之间的差值小于该采样值的10％；开始爬升时刻指从该时刻起连续20个有功功率采样值持续增加；

所述的有功功率快速爬升高度b，即有功功率在快速爬升期内的爬升量，其中，快速爬升期的时间起点指开始爬升的时刻，时间终点指从该时刻起连续20个有功功率采样值较其前一采样值的增量小于该时刻较前一采样值的增量；

所述的有功功率缓慢爬升速度a，即有功功率在缓慢爬升期内的爬升量Δa与爬升时间Δt的比值，其中，缓慢爬升期指的是快速爬升期结束至有功功率上升到95％P₁的这一时期；

步骤2：对低电压穿越期间双馈风机有功功率控制第一阶段的策略进行修改，分别加入参数K_m和T_ramp将故障清除后阶段分为有功快速恢复和有功爬升两个阶段进行控制，并生成有功功率参考值以便后续生成相应的转子电流有功分量来实现对输出有功功率的调整；

低电压穿越期间的故障清除后时刻，首先在有功快速恢复阶段通过参数K_m控制故障切除后有功快速上升的幅值：

P_ref1＝K₁(|u|-K₂)+K_m

然后在有功功率爬升阶段通过参数T_ramp控制有功上升的速率：

式中：P_ref1为有功功率参考值；u为故障期间发电机出口电压有效值；K₁、K₂为计算有功参考值时的调整参数，默认值分别为K₁＝1.46，K₂＝0.15；P_ref1为故障穿越期间有功控制策略第一阶段的有功功率参考值；t为有功功率快速上升阶段结束时刻起到恢复到故障前数值所用时间；

步骤3：使用任意电力仿真软件，按照控制变量原则，改变控制参数K_m和T_ramp进行低电压穿越仿真，获得有功功率波形，提取有功功率波形中的三个特征量：有功功率跌落深度P、有功功率快速爬升高度b和有功功率缓慢爬升速度a，建立拟合数据集；

使用一阶多项式函数对控制参数K_m与有功功率跌落深度P和有功功率快速爬升高度b之间的函数关系进行拟合；再对控制参数T_ramp与有功功率跌落深度P、控制参数K_m和有功功率缓慢上升速度a之间的函数关系进行拟合，即有：

式中：x₁、x₂、x₃、y₁、y₂、y₃分别为两个待拟合函数中的待定参数；

步骤4：提取实测有功功率波形的特征量，使用第三步中的公式进行辨识，得到控制参数K_m和T_ramp，利用K_m和T_ramp即可完成对于其他任意工况下的低电压穿越有功功率输出特性的灵活仿真。

本发明的特点及效果：

本发明方法快速准确地辨识出了风机低电压穿越有功功率控制部分的关键控制参数，实现了仿真模型在低电压穿越时期有功功率输出与实际机组较高程度的吻合，进而实现了对任意工况下风机低电压穿越有功输出特性的灵活仿真，大大提高了仿真的灵活性、准确度，弥补了现场低电压穿越测试的缺陷。

附图说明

图1为有功功率输出特征量提取示意图。

图2为实测数据与仿真数据对比图。

具体实施方式

本发明提出的风电机组低电压穿越输出特性灵活仿真方法，结合附图及实施例详细说明如下。

步骤1：参照图1，确定表征有功功率变化特性的特征量，包括：有功功率跌落深度P、有功功率快速爬升高度b、有功功率缓慢爬升速度a。

步骤2：对低电压穿越期间双馈风机有功功率控制第一阶段的策略进行修改，分别加入参数K_m和T_ramp将故障清除后阶段分为有功快速恢复和有功爬升两个阶段进行控制。

步骤3：按照控制变量原则，改变控制参数K_m和T_ramp进行低电压穿越仿真，获得有功功率波形。提取有功功率波形中的三个特征量：有功功率跌落深度P、有功功率快速爬升高度b和有功功率缓慢爬升速度a，建立拟合数据集如下：

表1拟合数据集

使用一阶多项式函数对控制参数K_m与有功功率跌落深度P和有功功率快速爬升高度b之间的函数关系进行拟合；再对控制参数T_ramp与有功功率跌落深度P、控制参数K_m和有功功率缓慢上升速度a之间的函数关系进行拟合。即有：

K_m＝f₁(P,b)＝0.076+0.142×P+1.199×b

f₁拟合结果的误差平方和小于2％，K_m取不同值时f₂拟合结果的误差平方和均小于0.1％，表明一阶多项式模型具有较高的拟合精度，可以满足参数辨识的需求。

步骤4：提取电压跌落20％情况下的有功实测波形的特征量，得到有功功率跌落深度P为0.089、有功功率快速爬升高度b为0.21、有功功率缓慢爬升速度a为0.6762。使用第三步中的公式进行辨识，将P和b带入到f₁中可得控制参数K_m为0.3268，选择f₂中K_m＝0.3时的对应的函数带入P和a得到控制参数T_ramp为0.6603。利用得到的控制参数在仿真软件中进行低电压穿越的测试，将测试得到的有功曲线与实际的有功曲线进行对比，发现在误差允许的范围内两者匹配良好，达到了预期的参数辨识效果，具体请参见图2。因此，利用K_m和T_ramp即可完成对于其他任意工况下的低电压穿越有功功率输出特性的灵活仿真。