專利名稱：適于電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定分析的雙饋風(fēng)電場等值建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣工程技術(shù)統(tǒng)，特別是涉及電力系統(tǒng)中并網(wǎng)型雙饋風(fēng)電機組風(fēng)電場 的建模方法。
背景技術(shù)：
近年來，我國風(fēng)電場建設(shè)一直保持高速發(fā)展態(tài)勢，隨著風(fēng)電裝機規(guī)模的快速增長， 風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的影響日益凸顯，風(fēng)電場建模及其對電力系統(tǒng)動態(tài)特性影響成為本領(lǐng)域 的研究熱點。由于大型風(fēng)電場的機組數(shù)目可達到數(shù)十至百余臺，在電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析時，如 果所有機組都使用詳細模型，其計算開銷難以承受，所以建立風(fēng)電場等值模型非常必要。文 獻[1]提出了含風(fēng)電機組的連續(xù)潮流計算模型，可用于靜態(tài)電壓穩(wěn)定研究；文獻[2]利用奇 異攝動理論建立風(fēng)電場降階模型；文獻[3-5]用一臺風(fēng)輪機和一臺雙饋電機的組合代替風(fēng) 電場，用于研究風(fēng)電場動態(tài)行為以及對電網(wǎng)阻尼特性的影響；文獻[6]將風(fēng)電場機組分群 之后，等值為多機系統(tǒng)，模擬精度有一定提高；文獻[7]給出的等值模型考慮到了風(fēng)電場的 尾流效應(yīng)，計及了風(fēng)機位置對注入風(fēng)速的影響。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究中，以往的等值模型尚存在以下不足①片面強調(diào)風(fēng)速變 化引起的風(fēng)電場功率響應(yīng)，在暫態(tài)穩(wěn)定性分析時，首擺失穩(wěn)問題所關(guān)心的時間尺度不超過2 秒，在如此短的時段內(nèi)討論風(fēng)速波形及風(fēng)速變化意義不大。此外，對于小擾動穩(wěn)定問題，無 論是平衡點穩(wěn)定性還是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，都和風(fēng)速波形沒有直接聯(lián)系。②片面追求曲線吻合程 度。在校驗等值模型有效性時，曲線吻合程度不一定是科學(xué)的評價指標。對于暫態(tài)穩(wěn)定性， 應(yīng)當(dāng)以功率極限或臨界切除時間為評價指標；對于小擾動穩(wěn)定性，當(dāng)著重校驗主導(dǎo)模式的 頻率和阻尼。因此，在風(fēng)電場等值建模問題上，應(yīng)當(dāng)面向具體問題的需要，根據(jù)問題性質(zhì)提 出等值策略，并科學(xué)評價等值模型的有效性。[1]王成山，孫瑋，王興剛(WANG Chengshan, SUN Wei, WANG Xinggang)。含大 型風(fēng)電場的電力系統(tǒng)最大輸電能力計算(Total transfer capability of power system including large-scale wind farm) [J]. 電力系統(tǒng)自動化(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，石立寶，姚良忠，等·(WANGChen, SHI Libao, YAO Liangzhong, et al)， 大規(guī)模雙饋型風(fēng)電場的小擾動穩(wěn)定分析(Small signal stability analysis of thelarge-scale wind farm with DFIGs) [J]. 中國電機工禾呈學(xué) 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。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種適于電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定分析的雙饋風(fēng)電 場等值建模方法，提出了將并網(wǎng)點頻率作為邊界信號，將風(fēng)電場等效為一個受電網(wǎng)頻率控 制的功率源，簡化地實現(xiàn)風(fēng)電場等值建模的方法。
本發(fā)明提出了一種適于電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定分析的雙饋風(fēng)電場等值建模方法，將并網(wǎng) 點頻率作為邊界信號，將風(fēng)電場等效為一個受電網(wǎng)頻率控制的功率源，使得雙饋風(fēng)電場由 高維動態(tài)模型簡化成代數(shù)約束方程，該方法包括以下步驟 步驟1，建立正弦激勵下雙饋電機的小擾動功率響應(yīng)模型
設(shè)雙饋風(fēng)電場中的具有一臺雙饋風(fēng)電機組，其中并網(wǎng)點B的電網(wǎng)頻率為 電壓幅值為& ￠)；
設(shè) ( )發(fā)生小值正弦振蕩，即么 = JsmOf^j4是振幅是振蕩頻率。取 J= O.Olp.a , = 2.0Hz ,機組有功輸出的第一波形曲線；
再令= JsmOfi) , J= O.Olp.u. , = 2.0Hz ,機組有功輸出的第二波形曲線； 其中，第一波形曲線的振蕩幅度為60kW，第二波形曲線的振蕩幅度為2 kff ； 步驟2 ；將單臺機組的傳遞函數(shù)矩陣GO)進行簡化處理，還包括以下步驟 第一步根據(jù)正弦激勵下雙饋電機的功率響應(yīng)相關(guān)處理的分析結(jié)論，忽略輸入信號 的作用，即在風(fēng)電場動態(tài)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣&(>)中，忽略GW(S)和σ,ο)，將
Gd(s)簡化為Gd(s)
權(quán)利要求
1. 一種適于電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定分析的雙饋風(fēng)電場等值建模方法，將并網(wǎng)點頻率作為 邊界信號，將風(fēng)電場等效為受電網(wǎng)頻率控制的功率源，使得雙饋風(fēng)電場由高維動態(tài)模型簡 化成代數(shù)約束方程，該方法包括以下步驟步驟(1)，建立正弦激勵下雙饋電機的小擾動功率響應(yīng)模型設(shè)雙饋風(fēng)電場中的只有一臺雙饋風(fēng)電機組，其中并網(wǎng)點B的電網(wǎng)頻率為 W,電壓幅值為& (0 ；設(shè) ( :)發(fā)生小值正弦振蕩，即^ =-!!!!^/), J是振幅&是振蕩頻率。取 A= O.Olp.u. , = 2.0Hz ,機組有功輸出的第一波形曲線；再令= Jsm( ω/) , J= O.Olp.u. , = 2.0Hz ,機組有功輸出的第二波形曲線； 其中，第一波形曲線的振蕩幅度為60kW，第二波形曲線的振蕩幅度為2 kff ； 步驟(2)，將單臺機組的傳遞函數(shù)矩陣Gfi(S)進行簡化處理，還包括以下步驟 第一步根據(jù)正弦激勵下雙饋電機的功率響應(yīng)相關(guān)處理的分析結(jié)論，忽略輸入信號 的作用，即在風(fēng)電場動態(tài)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣OiO)中，忽略GW(S)和0^閑，將Gii (S)簡化為G^(的其中，G^(句代表并網(wǎng)母線頻率的輸入，以風(fēng)機有功為輸出的傳遞函數(shù)；G^ O)表示以并網(wǎng)母線頻率的輸入，以風(fēng)機無功為輸出的傳遞函數(shù)；GWO)表示以并網(wǎng)母線電壓為輸入，以風(fēng)機有功為輸出的傳遞函數(shù)；表示以并網(wǎng)母線電壓為輸入，以風(fēng)機無功為輸 出的傳遞函數(shù)；對于常規(guī)電網(wǎng)動態(tài)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣G5O), 是其輸出信號，相應(yīng)地，OJ勸 簡化為G^⑷，有G1(S)= [Gii,(ε) G^(S)]；第二步考慮G'd(s)在正弦激勵下的穩(wěn)態(tài)特性，在正弦穩(wěn)態(tài)情形下，風(fēng)電機組的輸出 量^!^和都為正弦相量和Δ&。的作用只是一個復(fù)增益矩陣=^1勾，其Λ _'ZOpJjml)，φ —簡化后的電網(wǎng)子系統(tǒng)(《(句)為二輸入單輸出系統(tǒng)；雙饋機組(『兄⑷)為單輸入二輸 出系統(tǒng)；步驟(3)，雙饋風(fēng)電場與電網(wǎng)的簡化接口處理，包括設(shè)風(fēng)電場安裝η臺雙饋風(fēng)電機組，這η臺機組的上游是共同母線B，當(dāng)常規(guī)電網(wǎng)出現(xiàn)小值振蕩時，對于任一臺機組，它的輸入變量都是相量；結(jié)合η臺機組的并列關(guān)系，風(fēng)電場總的功率輸出AA和AGj是各臺雙饋機組功率輸出的相量疊加。整個η機風(fēng)電場與電網(wǎng) 的交互作用表達式為
2.如權(quán)利要求1所述的適于電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定分析的雙饋風(fēng)電場等值建模方法，其特征在于，所述根據(jù)單臺雙饋風(fēng)電機組的數(shù)學(xué)模型，線性化后計算《^0),并求出復(fù)增益矩陣i的步驟，當(dāng)風(fēng)電場中同種型號的機組具有相同的Γ陣，僅計算一臺雙饋風(fēng)電機組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適于電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定分析的雙饋風(fēng)電場等值建模方法，將并網(wǎng)點頻率作為邊界信號，將風(fēng)電場等效為一個受電網(wǎng)頻率控制的功率源，使得雙饋風(fēng)電場由高維動態(tài)模型簡化成的代數(shù)約束方程，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使得風(fēng)電場由高維動態(tài)模型簡化成一個簡單的代數(shù)約束方程，極大簡化了對風(fēng)電場的數(shù)學(xué)建模。經(jīng)過多種情形下的仿真研究證實，本發(fā)明的等值簡化模型對于分析含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)機電模式特征值是有效的。
文檔編號H02J3/24GK102136036SQ201110070510
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者余貽鑫, 曾沅, 郝正航 申請人:天津大學(xué)