基于实时数据的直驱风电场等值建模方法和装置与流程

1.本技术涉及电力系统风电场建模技术领域，尤其涉及一种基于实时数据的直驱风电场等值建模方法和装置。


背景技术：

2.随着千万千瓦级风电基地的陆续建成，大规模风电机组集中并网给电力系统安全稳定运行带来巨大挑战。构建能够准确描述大规模风电场整体特性的等值模型，是研究高比例风电系统运行和控制的基础，风电场详细模型的等值是风电场动态等值的重要内容。风电场的动态等值建模已成为分析大型风电场并网特征的重要研究手段，目前对单个永磁直驱发电机(pmsg)的特性研究已经非常广泛，但是对风电场的整体特性还鲜有介绍。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本技术的第一个目的在于提出一种基于实时数据的直驱风电场等值建模方法，解决了现有方法对风电场的整体特性研究较少的问题，高效、精确地获取了风电系统在宽频域范围的阻抗特性，为大规模风电机组接入电网的影响分析提供了重要依据。
5.本技术的第二个目的在于提出一种基于实时数据的直驱风电场等值建模装置。
6.本技术的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
7.为达上述目的，本技术第一方面实施例提出了一种基于实时数据的直驱风电场等值建模方法，包括：获取风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列，根据风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列计算单台风电机组阻抗特性曲线；使用单台风电机组阻抗特性曲线优化多机风电机组阻抗特性曲线的参数；使用多机风电机组阻抗特性曲线计算风电场等值阻抗特性曲线，其中，若干多机风电机组汇集组成风电场。
8.可选地，在本技术的一个实施例中，根据风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列计算单台风电机组阻抗特性曲线，包括以下步骤：
9.根据电流瞬时值时间序列和风电组机端电压瞬时值时间序列分别生成第一矩阵和第二矩阵，其中，第一矩阵为电流瞬时值时间序列矩阵，第二矩阵为风电组机端电压瞬时值时间序列矩阵；
10.将第一矩阵分解生成第一目标矩阵和第二目标矩阵，将第二矩阵分解生成第三目标矩阵和第四目标矩阵；
11.对第一目标矩阵和第二目标矩阵、第三目标矩阵和第四目标矩阵进行计算生成单台风电机组阻抗特性曲线。
12.可选地，在本技术的一个实施例中，第一矩阵表示为：
[0013][0014]
其中，n为时间序列长度，当n＝3n，n为正整数，l＝(2/3)
×
n，当n＝3n 1，n为正整数，l＝(2/3)
×
(n-1)，当n＝3n 2，n为正整数，l＝(2/3)
×
(n-2)，电流瞬时值时间序列为in＝(i(1),i(2),
…
i(l),
…
i(n))，第一矩阵的每一行为一个电流瞬时值时间序列，
[0015]
第二矩阵表示为：
[0016][0017]
其中，n为时间序列长度，当n＝3n，n为正整数，l＝(2/3)
×
n，当n＝3n 1，n为正整数，l＝(2/3)
×
(n-1)，当n＝3n 2，n为正整数，l＝(2/3)
×
(n-2)，风电组机端电压瞬时值时间序列为un＝(u(1),u(2),lu(l),lu(n))，第二矩阵的每一行为一个风电组机端电压瞬时值时间序列。
[0018]
可选地，在本技术的一个实施例中，将第一矩阵奇异值分解、将第二矩阵奇异值分解表示为：
[0019][0020][0021]di(n-l)(l 1)
和d
u(n-l)(l 1)
是对角阵，移去和的第一列和最后一列，分别形成矩阵和
[0022]
生成的第一目标矩阵表示为：
[0023][0024]
生成的第二目标矩阵表示为：
[0025][0026]
第三目标矩阵表示为：
[0027][0028]
第四目标矩阵表示为：
[0029][0030]
其中，k、d、m矩阵为奇异值分解后的矩阵，并进行数据变化，没有具体含义。
[0031]
可选地，在本技术的一个实施例中，单台风电机组阻抗特性曲线表示为：
[0032]
[0033]
其中，p表示电流和电压中含有的振荡分量模态个数，表示第w个模态电压拟合值的幅值，w＝1
…
p，表示第w个模态电流拟合值的幅值，ω
p
表示模态频率，表示模态频率，分别表示第w个模态电压和模态电流拟合值的相位，e
αpt
表示第p个模态随时间衰减的参数，分别由第一中间矩阵、第二中间矩阵生成，
[0034]
第一中间矩阵表示为：
[0035][0036]
其中，表示第w个模态电流拟合值的幅值，表示第w个模态电流拟合值的相位，i(n)表示电流瞬时值时间序列中的第n个，
[0037]
第二中间矩阵表示为：
[0038][0039]
其中，表示第w个模态电压拟合值的幅值，w＝1
…
p，表示第w个模态电压，u(n)表示风电组机端电压瞬时值时间序列中的第n个，
[0040]
为特征值，为特征值,对降序排列，形成对降序排列，形成取令其中，为实部，表示第p个模态分量的衰减率，为虚部，表示第p个模态分量的角频率。
[0041]
可选地，在本技术的一个实施例中，多机风电机组由若干单台风电机组组成，使用单台风电机组阻抗特性曲线优化多机风电机组阻抗特性参数，具体为对多机风电机组包含的各台风电机组进行降序排列，表示为：
[0042][0043]
其中，对于含有j台风电机组汇集的风电场，其阻抗特性曲线为：zj(t)，对各台风电机组ω
p_j
进行降序排列，j表示含有j台风电机组汇集的风电场，表示为j台风机第p个模态分量的角频率的等效值，表示为j台风机第p个模态分量的衰减率的等效值，α
p_j
表示第j台风机的第p个模态分量的衰减率。
[0044]
可选地，在本技术的一个实施例中，风电场等值阻抗特性曲线表示为：
[0045][0046]
其中，p表示电压及电流中含有的振荡模态分量个数，j表示风电机组台数，t表示时间，w表示第w个，w＝1,
…
p，表示表示第j台风机的w个模态分量的电压幅值，表示第j台风机的w个模态分量的电流幅值，和分别表示j台风机第w振荡模态频率和衰减率的拟合值，表示分别表示第j台风机第w个模态的相位电压和相位电流拟合值。
[0047]
为达上述目的，本技术第二方面实施例提出了一种基于实时数据的直驱风电场等值建模装置，包括：单台风电机组阻抗特性曲线模块、多机风电机组阻抗特性参数优化模块、风电场等值阻抗特性曲线计算模块，其中，
[0048]
单台风电机组阻抗特性曲线模块，用于获取风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列，根据风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列计算单台风电机组阻抗特性曲线；
[0049]
多机风电机组阻抗特性参数优化模块，用于使用单台风电机组阻抗特性曲线优化多机风电机组阻抗特性参数；
[0050]
风电场等值阻抗特性曲线计算模块，用于使用多机风电机组阻抗特性曲线计算风电场等值阻抗特性曲线，其中，若干多机风电机组汇集组成风电场。
[0051]
为了实现上述目的，本技术第三方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由处理器被执行时，能够执行基于实时数据的直驱风电场等值建模方法。
[0052]
本技术实施例的基于实时数据的直驱风电场等值建模方法、基于实时数据的直驱
风电场等值建模装置和非临时性计算机可读存储介质，解决了现有方法对风电场的整体特性研究较少的问题，高效、精确地获取了风电系统在宽频域范围的阻抗特性，为大规模风电机组接入电网的影响分析提供了重要依据。
[0053]
本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
[0054]
本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0055]
图1为本技术实施例一所提供的一种基于实时数据的直驱风电场等值建模方法的流程图；
[0056]
图2为本技术实施例二所提供的一种基于实时数据的直驱风电场等值建模装置的结构示意图。
具体实施方式
[0057]
下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0058]
下面参考附图描述本技术实施例的基于实时数据的直驱风电场等值建模方法和装置。
[0059]
图1为本技术实施例一所提供的一种基于实时数据的直驱风电场等值建模方法的流程图。
[0060]
如图1所示，该基于实时数据的直驱风电场等值建模方法包括以下步骤：
[0061]
步骤101，获取风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列，根据风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列计算单台风电机组阻抗特性曲线；
[0062]
步骤102，使用单台风电机组阻抗特性曲线优化多机风电机组阻抗特性曲线的参数；
[0063]
步骤103，使用多机风电机组阻抗特性曲线计算风电场等值阻抗特性曲线，其中，若干多机风电机组汇集组成风电场。
[0064]
本技术实施例的基于实时数据的直驱风电场等值建模方法，通过获取风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列，根据风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列计算单台风电机组阻抗特性曲线；使用单台风电机组阻抗特性曲线优化多机风电机组阻抗特性曲线的参数；使用多机风电机组阻抗特性曲线计算风电场等值阻抗特性曲线，其中，若干多机风电机组汇集组成风电场。由此，能够解决现有方法对风电场的整体特性研究较少的问题，高效、精确地获取了风电系统在宽频域范围的阻抗特性，为大规模风电机组接入电网的影响分析提供了重要依据。
[0065]
进一步地，在本技术实施例中，根据风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列计算单台风电机组阻抗特性曲线，包括以下步骤：
[0066]
根据电流瞬时值时间序列和风电组机端电压瞬时值时间序列分别生成第一矩阵
和第二矩阵，其中，第一矩阵为电流瞬时值时间序列矩阵，第二矩阵为风电组机端电压瞬时值时间序列矩阵；
[0067]
将第一矩阵分解生成第一目标矩阵和第二目标矩阵，将第二矩阵分解生成第三目标矩阵和第四目标矩阵；
[0068]
对第一目标矩阵和第二目标矩阵、第三目标矩阵和第四目标矩阵进行计算生成单台风电机组阻抗特性曲线。
[0069]
进一步地，在本技术实施例中，第一矩阵表示为：
[0070][0071]
其中，n为时间序列长度，当n＝3n，n为正整数，l＝(2/3)
×
n，当n＝3n 1，n为正整数，l＝(2/3)
×
(n-1)，当n＝3n 2，n为正整数，l＝(2/3)
×
(n-2)，电流瞬时值时间序列为in＝(i(1),i(2),
…
i(l),
…
i(n))，第一矩阵的每一行为一个电流瞬时值时间序列，
[0072]
第二矩阵表示为：
[0073][0074]
其中，n为时间序列长度，当n＝3n，n为正整数，l＝(2/3)
×
n，当n＝3n 1，n为正整数，l＝(2/3)
×
(n-1)，当n＝3n 2，n为正整数，l＝(2/3)
×
(n-2)，风电组机端电压瞬时值时间序列为un＝(u(1),u(2),lu(l),lu(n))，第二矩阵的每一行为一个风电组机端电压瞬时值时间序列。
[0075]
进一步地，在本技术实施例中，将第一矩阵奇异值分解、将第二矩阵奇异值分解表示为：
[0076][0077][0078]di(n-l)(l 1)
和d
u(n-l)(l 1)
是对角阵，移去和的第一列和最后一列，分别形成矩阵和
[0079]
生成的第一目标矩阵表示为：
[0080][0081]
生成的第二目标矩阵表示为：
[0082][0083]
第三目标矩阵表示为：
[0084][0085]
第四目标矩阵表示为：
[0086][0087]
其中，k、d、m矩阵为奇异值分解后的矩阵，并进行数据变化，没有具体含义。
[0088]
进一步地，在本技术实施例中，单台风电机组阻抗特性曲线表示为：
[0089][0090]
其中，p表示电流和电压中含有的振荡分量模态个数，表示第w个模态电压拟合值的幅值，w＝1
…
p，表示第w个模态电流拟合值的幅值，ω
p
表示模态频率，表示模态频率，分别表示第w个模态电压和模态电流拟合值的相位，e
αpt
表示第p个模态随时间衰减的参数，分别由第一中间矩阵、第二中间矩阵生成，
[0091]
第一中间矩阵表示为：
[0092][0093]
其中，表示第w个模态电流拟合值的幅值，表示第w个模态电流拟合值的相位，i(n)表示电流瞬时值时间序列中的第n个，
[0094]
第二中间矩阵表示为：
[0095][0096]
其中，表示第w个模态电压拟合值的幅值，w＝1
…
p，表示第w个模态电压，u(n)表示风电组机端电压瞬时值时间序列中的第n个，
[0097]
为特征值，为特征值,对降序排列，形成对降序排列，形成取令其中，为实部，表示第p个模态分量的衰减率，为虚部，表示第p个模态分量的角频率。
[0098]
进一步地，在本技术实施例中，多机风电机组由若干单台风电机组组成，使用单台风电机组阻抗特性曲线优化多机风电机组阻抗特性参数，具体为对多机风电机组包含的各台风电机组进行降序排列，表示为：
[0099][0100]
其中，对于含有j台风电机组汇集的风电场，其阻抗特性曲线为：zj(t)，对各台风电机组ω
p_j
进行降序排列，j表示含有j台风电机组汇集的风电场，表示为j台风机第p个模态分量的角频率的等效值，表示为j台风机第p个模态分量的衰减率的等效值，α
p_j
表示第j台风机的第p个模态分量的衰减率。
[0101]
对于含有j台风电机组汇集的风电场，其阻抗特性曲线为：zj(t)。
[0102]
进一步地，在本技术实施例中，风电场等值阻抗特性曲线表示为：
[0103][0104]
其中，p表示电压及电流中含有的振荡模态分量个数，j表示风电机组台数，t表示时间，w表示第w个，w＝1,
…
p，表示表示第j台风机的w个模态分量的电压幅值，表示第j台风机的w个模态分量的电流幅值，和分别表示j台风机第w振荡模态频率和衰减率的拟合值，表示分别表示第j台风机第w个模态的相位电压和相位电流拟合值。
[0105]
图2为本技术实施例二所提供的一种基于实时数据的直驱风电场等值建模装置的结构示意图。
[0106]
如图2所示，该基于实时数据的直驱风电场等值建模装置，包括：单台风电机组阻抗特性曲线模块10、多机风电机组阻抗特性参数优化模块20、风电场等值阻抗特性曲线计算模块30，其中，
[0107]
单台风电机组阻抗特性曲线模块10，用于获取风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列，根据风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列计算单台风电机组阻抗特性曲线；
[0108]
多机风电机组阻抗特性参数优化模块20，用于使用单台风电机组阻抗特性曲线优化多机风电机组阻抗特性参数；
[0109]
风电场等值阻抗特性曲线计算模块30，用于使用多机风电机组阻抗特性曲线计算风电场等值阻抗特性曲线，其中，若干多机风电机组汇集组成风电场。
[0110]
本技术实施例的基于实时数据的直驱风电场等值建模装置，包括：单台风电机组阻抗特性曲线模块、多机风电机组阻抗特性参数优化模块、风电场等值阻抗特性曲线计算模块，其中，单台风电机组阻抗特性曲线模块，用于获取风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列，根据风电机组机端电压瞬时值时间序列和电流瞬时值时间序列计算单台风电机组阻抗特性曲线；多机风电机组阻抗特性参数优化模块，用于使用单台风电机组阻抗特性曲线优化多机风电机组阻抗特性参数；风电场等值阻抗特性曲线计算模块，用于使用多机风电机组阻抗特性曲线计算风电场等值阻抗特性曲线，其中，若干多机风电机组汇集组成风电场。由此，能够解决现有方法对风电场的整体特性研究较少的问题，高效、精确地获取了风电系统在宽频域范围的阻抗特性，为大规模风电机组接入电网的影响分析提供了重要依据。
[0111]
为了实现上述实施例，本技术还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例的基于实时数据的直驱风电场等值建模方法。
[0112]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0113]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0114]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0115]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器
(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0116]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0117]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0118]
此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0119]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。