基于关键参数动态轨迹灵敏度特征的风电场电磁暂态等值建模方法与流程

1.本发明涉及新能源发电技术和电力系统领域，具体是一种基于关键参数动态轨迹灵敏度特征的风电场电磁暂态等值建模方法。


背景技术：

2.截至2019年底，全国风电装机达1.29亿千瓦、光伏发电装机达4318万千瓦。风电、光伏等新能源集中集中、多个电站集群汇集升压并网是我国西北、华北、东北等地区新能源的主要开发模式。
3.风电机组和光伏逆变器都为电力电子装备，采用传统的机电暂态分析难以准确掌握电力电子设备的暂态特性，需建立电磁暂态仿真分析模型。通常风电场包含数十上百台风电机组，现有电磁暂态仿真软件无法支撑如此大规模的风电场电磁暂态仿真。因此需要建立风电电磁暂态等值模型，支撑风电并网特性研究。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的不足，准确评价各个电站接入点电网强度，科学指导新能源规划和运行的需求，本发明提出一种基于关键参数动态轨迹灵敏度特征的风电场电磁暂态等值建模方法，为研究风电场的暂态稳定性提供基础支撑。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：
6.一种基于关键参数动态轨迹灵敏度特征的风电场电磁暂态等值建模方法，包括如下步骤：
7.(1)建立风电场内风电机组的关键参数向量；
8.(2)计算步骤(1)中风电机组相同故障下每个关键参数的动态轨迹灵敏度；
9.(3)基于步骤(2)计算的关键参数的动态轨迹灵敏度，计算风电场内各类型风电机组之间的特征距离；
10.(4)根据步骤(3)计算所得特征距离，对风电场内风电机组进行分群；
11.(5)基于步骤(4)的分群结果，计算风电机群电磁暂态等值模型参数。
12.进一步的，步骤(1)中建立的风电场内风电机组的关键参数向量为：
[0013]vi
＝[r
cowbari
,t
cowbari
,i
qlvrti
,i
plvrti
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0014]
式中，vi为风机i的主导参数向量，i为第i个风机型号，r
cowbari
为风机i低电压穿越控制的cowbar电路的卸荷电阻，t
cowbari
为风机i低电压穿越控制的cowbar电路投入时间，i
qlvrti
、i
plvrti
分别为风机i低穿期间的无功、有功电流设定值。
[0015]
进一步的，步骤(2)计算步骤(1)中风电机组的关键参数的动态轨迹灵敏度，具体为：
[0016]
[0017]
式中，s
θ
为参数θ对风机输出y的灵敏度，参数θ为式(1)中的关键参数，y为风机的暂态输出特性，即风机的有功和无功功率。
[0018]
进一步的，步骤(3)基于步骤(2)计算的关键参数的动态轨迹灵敏度，计算风电场内各类型风电机组之间的特征距离，具体包括：
[0019][0020]
其中，l
ij
为风电机组之间的特征距离，j为第j个风机型号，r
cowbarj
为风机j低电压穿越控制的cowbar电路的卸荷电阻，t
cowbarj
为风机j低电压穿越控制的cowbar电路投入时间，i
qlvrtj
、i
plvrtj
分别为风机j低穿期间的无功、有功电流设定值；所述关键参数的动态轨迹灵敏度包括s
rcowbar
、s
tcowbar
、s
iqlvrt
、s
iplvrt
；其中s
rcowbar
为风机低电压穿越控制的cowbar电路卸荷电阻对风机输出特性的灵敏度，s
tcowbar
为风机低电压穿越控制的cowbar电路投入时间对风机输出特性的灵敏度，s
iqlvrt
、s
iplvrt
分别为风机低穿期间的无功、有功电流设定值对风机输出特性的灵敏度。
[0021]
进一步的，步骤(4)根据步骤(3)计算所得特征距离，对风电场内风电机组进行分群，具体包括：
[0022]
定义一个判据δ，若l
ij
《δ，则认为两台风机之间的特征距离较近，二者划分为同一风机群，δ值根据风电场等值建模精度选取。
[0023]
进一步的，步骤(5)基于步骤(4)的分群结果，计算风电机群电磁暂态等值模型参数，具体包括：
[0024]
根据容量加权设定电磁暂态等值模型参数：
[0025][0026]
式中，θ
∑
为风电机群的电磁暂态等值模型参数，θi为第i个风电机型的参数，p
ni
为第i个风电机型的总装机容量，p
n∑
为该风电机群的总装机容量。
[0027]
本发明在掌握影响风电故障穿越特性的关键因素的基础上，提出了一种基于关键参数动态轨迹灵敏度特征距离的风电场电磁暂态等值建模方法，并进一步采用实际风电场的组网结构和关键参数，验证所提方法的合理性，为研究大规模风电的并网问题提供了实用化工具。
附图说明
[0028]
图1为本发明一种基于关键参数动态轨迹灵敏度特征的风电场电磁暂态等值建模方法其中一个实施例的流程图；
[0029]
图2为本发明提供的算例风电场拓扑结构；
[0030]
图3为本发明提供的算例风电场详细模型与等值模型仿真对比。
具体实施方式
[0031]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
请参阅图1，本发明实施例提供一种基于关键参数动态轨迹灵敏度特征的风电场电磁暂态等值建模方法，包括如下步骤：
[0033]
步骤(1)：确定风电场基本信息，包括风电场的组网方式，海缆信息、风机信息等，如图2所示。
[0034]
建立图2中每种风机类型的主导参数向量：
[0035]vi
＝[r
cowbari
,t
cowbari
,i
qlvrti
,i
plvrti
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0036]
式中，vi为风机i的主导参数向量，i为第i个风机型号，r
cowbari
为风机i低电压穿越控制的cowbar电路的卸荷电阻，t
cowbari
为风机i低电压穿越控制的cowbar电路投入时间，i
qlvrti
、i
plvrti
分别为风机i低穿期间的无功、有功电流设定值。
[0037]
步骤(2)：计算步骤(1)中风电机组相同故障下每个关键参数的动态轨迹灵敏度，即风机的参数发生微小变化时风机的暂态特性变化程度：
[0038][0039]
式中，s
θ
为参数θ对风机输出y的灵敏度，参数θ为式(1)中的关键参数，y为风机的暂态输出特性，即风机的有功和无功功率。
[0040]
步骤(3)：基于步骤(2)计算的关键参数的动态轨迹灵敏度，计算风电场内各类型风电机组之间的特征距离l
ij
：
[0041][0042]
其中，j为第j个风机型号，r
cowbarj
为风机j低电压穿越控制的cowbar电路的卸荷电阻，t
cowbarj
为风机j低电压穿越控制的cowbar电路投入时间，i
qlvrtj
、i
plvrtj
分别为风机j低穿期间的无功、有功电流设定值；s
rcowbar
为风机低电压穿越控制的cowbar电路卸荷电阻对风机输出特性的灵敏度，s
tcowbar
为风机低电压穿越控制的cowbar电路投入时间对风机输出特性的灵敏度，s
iqlvrt
、s
iplvrt
分别为风机低穿期间的无功、有功电流设定值对风机输出特性的灵敏度。
[0043]
步骤(4)：根据步骤(3)计算所得特征距离，对风电场内风电机组进行分群。具体的，可定义一个判据δ，若l
ij
《δ，则认为两台风机之间的特征距离较近，二者可以划分为同一风机群，根据风电场等值建模精度选取δ值。
[0044]
步骤(5)：基于步骤(4)的分群结果，计算风电机群电磁暂态等值模型参数。具体
的，可根据容量加权设定电磁暂态等值模型参数：
[0045][0046]
式中，θ
∑
为风电机群的电磁暂态等值模型参数，θi为第i个风电机型的参数，p
ni
为第i个风电机型的总装机容量，p
n∑
为该风电机群的总装机容量。
[0047]
在并网点故障时，等值比对结果如图3所示。在相同电网故障下(电压跌落)，比对风电场详细模型与等值模型的有功功率、无功功率的输出特性，详细模型与等值模型的比对结果非常接近，说明本发明的等值模型可精确模拟详细模型在电压跌落期间、电压恢复后的有功功率和无功功率调节。
[0048]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。