一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，本發(fā)明基于電力系統(tǒng)實際運行中各類短路故障發(fā)生的概率和風(fēng)電場中風(fēng)資源狀況的統(tǒng)計結(jié)果，通過時域仿真采集不同短路故障類型和風(fēng)速組合條件下風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速在暫態(tài)過程中的動態(tài)變化情況，并依據(jù)此信息使用two-step分類法對風(fēng)電機組聚合分類。在匯總所有風(fēng)電機組分群結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)機群劃分結(jié)果出現(xiàn)的概率確定風(fēng)電場概率等值模型，并對風(fēng)力發(fā)電機和集電系統(tǒng)等參數(shù)進行等值。本發(fā)明提出的風(fēng)電場等值建模方法充分考慮了不同短路故障和機組運行工況對同調(diào)機群劃分結(jié)果的影響，有效避免了工程應(yīng)用中對同調(diào)機群變化的實時監(jiān)測環(huán)節(jié)，提高了風(fēng)電場等值模型的工程應(yīng)用價值。
【專利說明】—種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對風(fēng)電場并網(wǎng)外特性的風(fēng)電場等值建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，適用于離線暫態(tài)穩(wěn)定性分析的風(fēng)電場等值模型大多基于電力系統(tǒng)同調(diào)等值思想建立。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)動態(tài)等值中，發(fā)電單元間的同調(diào)性可依據(jù)暫態(tài)過程中發(fā)電機轉(zhuǎn)子搖擺曲線提供的信息進行判別，并且研究指出，機組的同調(diào)性主要與三個因素有關(guān):1)故障擾動類型；2)發(fā)電機組運行工況；3)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。文獻[I]考慮了運行工況對同調(diào)性的影響，依據(jù)風(fēng)電機組的輸入風(fēng)速進行機群劃分。但是，風(fēng)速具有隨機性和波動性，基于風(fēng)速差異的機組分群結(jié)果會隨輸入風(fēng)速大小或風(fēng)向的改變而變化。文獻[2]雖然考慮了風(fēng)速大小和風(fēng)向隨機波動的特性，但在實際應(yīng)用中仍然需要動態(tài)識別同調(diào)機群來調(diào)用相應(yīng)的風(fēng)電場等值模型。文獻[3]依據(jù)反映槳距角動作情況的故障前機組有功功率、機端電壓和風(fēng)速進行機群劃分，文獻[4]依據(jù)風(fēng)電機組故障初始時刻的轉(zhuǎn)速劃分機群，但是都沒有考慮故障擾動因素對機組同調(diào)性的影響。文獻[5]在基于風(fēng)電場內(nèi)所有風(fēng)電機組機端短路電壓全都為零的假設(shè)條件下，僅通過近似計算得到的風(fēng)力發(fā)電機故障切除時刻這一采樣點下的轉(zhuǎn)速對定速風(fēng)電機組進行分群，難以準確、全面反映風(fēng)電機組在暫態(tài)過程中的電壓跌落差異和動態(tài)運行特性。在風(fēng)電場等值建模研究過程中，考慮的基本上都是風(fēng)電場公共節(jié)點處發(fā)生三相對稱短路故障的情況，很少對單相短路或相間短路情況進行研究，這與實際電力系統(tǒng)運行中故障類型發(fā)生概率的大小恰好相反。因此，需要更深入系統(tǒng)地研究風(fēng)電機組在不同故障類型下的暫態(tài)響應(yīng)特性以及它們之間的差異。
[0003]參考文獻:
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明為了提高風(fēng)電場等值模型在工程應(yīng)用中的實用性和通用性，避免對風(fēng)電機組同調(diào)性的動態(tài)識別環(huán)節(jié)。本發(fā)明提出了針對不同故障類型和風(fēng)電場全工況條件下的風(fēng)電場等值建模方法。
[0010]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:[0011]一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，包括以下步驟:
[0012](I)建立了風(fēng)電場風(fēng)資源統(tǒng)計庫和電力系統(tǒng)短路故障庫；
[0013](2)基于風(fēng)電場的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù)值，在仿真軟件下搭建風(fēng)電場詳細模型；
[0014](3)讀取風(fēng)資源統(tǒng)計庫中的風(fēng)速信息，利用尾流效應(yīng)計算推導(dǎo)出各單臺風(fēng)電機組的輸入風(fēng)速，完成動態(tài)仿真前模型的潮流初始化；
[0015](4)從電力系統(tǒng)故障庫中選取某一電網(wǎng)側(cè)短路故障類型，采集時域仿真過程中單臺風(fēng)電機組在故障初始時刻、故障切除時刻、故障切除后0.2s和0.4s時刻上的發(fā)電機轉(zhuǎn)子角速度，形成風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角速度向量，作為同調(diào)機組劃分的標準； [0016](5)依據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)子角速度向量,使用two-step分類法先將風(fēng)電機組壓縮為子聚類集合，再利用層級聚類方法將子聚類進一步合并為更大的聚類；每個機群用一臺等值機組表征，并且根據(jù)選取的風(fēng)速和故障類型發(fā)生概率確定該組合條件下的風(fēng)電場等值模型概率；
[0017](6)重復(fù)上述第(3)步至第(5)步，完成風(fēng)資源統(tǒng)計庫和故障類型庫中所有組合情況下的風(fēng)電機組同調(diào)機群劃分，進而根據(jù)不同組合條件下機組同調(diào)性的概率確定風(fēng)電場等值概率模型；
[0018](7)根據(jù)風(fēng)電場等值概率模型計算風(fēng)速的等值；風(fēng)力發(fā)電機參數(shù)的等值；風(fēng)電場內(nèi)部集電系統(tǒng)線路的等值；風(fēng)電機組機端無功補償電容的等值。
[0019]一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，所述的仿真軟件為DIgSILENT PowerFactory 仿真軟件。
[0020]一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，所述步驟(3)中利用尾流效應(yīng)計算推導(dǎo)出各單臺風(fēng)電機組輸入風(fēng)速的計算方法利用以下公式計算得出，
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，其特征在于包括以下步驟: (1)建立了風(fēng)電場風(fēng)資源統(tǒng)計庫和電力系統(tǒng)短路故障庫； (2)基于風(fēng)電場的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù)值，在仿真軟件下搭建風(fēng)電場詳細模型； (3)讀取風(fēng)資源統(tǒng)計庫中的風(fēng)速信息，利用尾流效應(yīng)計算推導(dǎo)出各單臺風(fēng)電機組的輸入風(fēng)速，完成動態(tài)仿真前模型的潮流初始化； (4)從電力系統(tǒng)故障庫中選取某一電網(wǎng)側(cè)短路故障類型，采集時域仿真過程中單臺風(fēng)電機組在故障初始時刻、故障切除時刻、故障切除后0.2s和0.4s時刻上的發(fā)電機轉(zhuǎn)子角速度，形成風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角速度向量，作為同調(diào)機組劃分的標準； (5)依據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)子角速度向量，使用two-step分類法先將風(fēng)電機組壓縮為子聚類集合，再利用層級聚類方法將子聚類進一步合并為更大的聚類；每個機群用一臺等值機組表征，并且根據(jù)選取的風(fēng)速和故障類型發(fā)生概率確定該條件下的風(fēng)電場等值模型概率； (6 )重復(fù)上述第(3 )步至第(5 )步，完成風(fēng)資源統(tǒng)計庫和故障類型庫中所有組合情況下的風(fēng)電機組同調(diào)機群劃分，進而根據(jù)不同組合條件下機組同調(diào)性的概率確定風(fēng)電場等值概率模型； (7)根據(jù)風(fēng)電場等值概率模型計算風(fēng)速的等值；風(fēng)力發(fā)電機參數(shù)的等值；風(fēng)電場內(nèi)部集電系統(tǒng)線路的等值；風(fēng)電機組機端無功補償電容的等值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，其特征在于所述的仿真軟件為DIgSILENT PowerFactory仿真軟件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，其特征在于:所述步驟(3)中利用尾流效應(yīng)計算推導(dǎo)出各單臺風(fēng)電機組輸入風(fēng)速的計算方法利用以下公式計算得出，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，其特征在于:所述步驟(5)中根據(jù)組合條件下輸入風(fēng)速的統(tǒng)計概率和故障類型發(fā)生概率Pfault確定此次機組分群結(jié)果的概率f、tg，即:
丄 wtg 丄 wind A 丄 fault 其中，風(fēng)速的統(tǒng)計概率Pwind為風(fēng)速大小和風(fēng)向概率的乘積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，其特征在于，步驟(7)中所述風(fēng)速的等值采用以下方法計算得出:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，其特征在于，步驟(7)中所述風(fēng)力發(fā)電機參數(shù)的等值采用以下方法計算得出:利用參數(shù)變換方法計算等值風(fēng)力發(fā)電機的參數(shù)，計算公式為:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，其特征在于，步驟(7)中所述風(fēng)電場內(nèi)部集電系統(tǒng)線路的等值采用以下方法計算得出: 線路阻抗的并聯(lián)化分解從線路末端向首段逐步進行，即首先從Z12開始。Ζ12Λ、Z12,2的計算公式為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于風(fēng)電機組概率同調(diào)性的風(fēng)電場等值建模方法，其特征在于，步驟(7)中所述風(fēng)電機組機端無功補償電容的等值采用以下方法計算得出: 通過引進變參數(shù)電容對風(fēng)電機組無功補償電容進行等值，由于風(fēng)電機組吸收的無功功率與有功功率之間存在非線性函數(shù)關(guān)系，即Qe=-Q0-Q1Pe-Q2Pe2=f(Pe) 式中=Qp Q1^ Q2可由實驗測得，在保證等值模型有功功率與等值前相等的前提下，等值前后風(fēng)電場中機組吸收的無功功率不相等，通過引入變參數(shù)電容來等效由于等值前后風(fēng)場內(nèi)機組吸收不同的無功功率而導(dǎo)致的無功補償差，變參數(shù)電容值為；
【文檔編號】G06F17/50GK103761349SQ201310323508
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】丁明, 朱乾龍, 韓平平, 黃長喜, 張晶晶, 畢銳, 王冬君 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)